Identifikation af den mikroskopiske mekanisme for vibrationsenergioptagere

Et japansk forskerhold belyste den mikroskopiske mekanisme, hvor amorf silica bliver negativt ladet som en vibrationsenergihøster, som forventes at opnå selvenergiproduktion uden opladning, da det er nødvendigt for IoT, der har fået opmærksomhed i de senere år med sine 'billion sensorer', der skaber et storstilet netværk af sensorer. I modsætning til vindkraft og solenergiproduktion, vibrationsenergiproduktion, som udnytter naturlige vibrationer til elproduktion, er ikke påvirket af vejret.

Vibrationsenergihøstere, der bruger kaliumionelektret, som forskergruppen tidligere havde udviklet, er af interesse, da den kan fungere semi-permanent. Kaliumionelektreten er en vibrationsenergihøster, der bruger indføring af kaliumatomer i amorf silica til at skabe en negativ ladning på den amorfe silica. Imidlertid, dens mikroskopiske mekanisme var ukendt, gør det vanskeligt at forbedre sin ydeevne.

Gennem kvantemekaniske beregninger, forskergruppen opdagede, at når kaliumatomer indsættes i amorf silica, elektroner tilføres fra kaliumatomet til siliciumatomet. Dette får siliciumatomet til at opføre sig som et fosforatom. Siliciumatomer danner 5 kovalente bindinger med oxygenatomer i stedet for de sædvanlige 4, at oprette en SiO ₅ struktur. De opdagede, at denne struktur er det, der akkumulerer negativ ladning.

Dette resultat giver en designvejledning til forbedring af pålidelighed og levetid for vibrationsenergioptagere. Dette vil tillade sensorer, der ikke kræver opladning, at blive bredt tilgængelig, og bidrage til aktualisering af tingenes internet (IoT).