Små energihøstere viser stor effekt

Produktionen af ​​nanoskala-enheder er drastisk steget med stigningen i teknologiske applikationer, alligevel er en stor ulempe ved funktionaliteten af ​​nanostørrelsessystemer behovet for en lige så lille energiressource.

For at imødekomme dette behov, Hamid Foruzande, Ali Hajnayeb og Amin Yaghootian fra Shahid Charmran University i Ahvaz i Iran har modelleret ny piezoelektrisk energihøstere (PEH) teknologi på nanoskala-niveau. I deres seneste artikel, udgivet i denne uge i AIP forskud , teamet fastslog, hvordan småskala dimensioner påvirker ikke-lineære vibrationer og PEH spændingshøst.

Piezoelektriske materialer genererer elektricitet ved anvendelse af mekanisk belastning, og bruges i alt fra mobiltelefoner til ultralydstransducere. Denne elektricitet kan også genereres af vibrationsinducerede belastninger, tillader forskere at oprette PEH'er. Disse PEH'er kan miniaturiseres ned til en mikro- eller nanosize og bruges sammen med enheder i nano-skala.

"I dag, behovet for nye miniaturiserede trådløse sensorer vokser. Disse MEMS [Micro-Electro Mechanical Systems] eller NEMS [Nano-Electro Mechanical Systems] sensorer kræver normalt en strømkilde af deres størrelse, "Sagde Hajnayeb.

Piezoelektrisk energiindsamling er en velkendt proces til omdannelse af energi til rådighed i et miljø til energi, der kan drive små elektriske enheder. Traditionelt set dette er blevet brugt til at generere en selvforsynende energiforsyning. Selvforsyning er yderst ønskeligt for nanoskala-enheder på grund af den komplicerede karakter at udskifte små energisystemer.

PEH'er vinder popularitet for nano-skala applikationer på grund af deres relativt enkle strukturer, højere energitæthed og evne til let at blive nedskaleret. Makroskala modeller er blevet grundigt undersøgt og gav et stærkt grundlag for at producere nanoskala modeller. Foruzande, Hajnayeb og Yaghootian udnytter disse tilpasningsdygtige kvaliteter og har genereret nano-skala PEH-modeller baseret på ikke-lokal elasticitetsteori.

"Det er nødvendigt at bruge denne teori til andre systemer i nanoskala og også sensorerne i nanoskala, der bruger piezoelektriske materialer, "Sagde Hajnayeb." De har den samme styrende teori, som vi bruger i vores artikel. "

Forskergruppen studerede ikke -lineære vibrationer og spændinger baseret på ikke -lokal elasticitetsteori, som siger, at en punktspænding er afhængig af belastningen i en region omkring dette punkt. Ved hjælp af denne teori, de kunne udlede ikke -lineære bevægelsesligninger med enkle løsninger. Deres resultater viste, at tilføjelse af en nanobeam -spidsmasse og forøgelse af skalafaktoren ville øge den genererede spænding og vibrationsamplitude, dermed øget energiproduktion.

Modellering af mikro- og nanoskalede PEH'er var også i stand til at afsløre, hvilken effekt størrelseseffekter havde på output, de kunne forvente. Forskerne fandt ud af, at fejlen ved at forsømme størrelse er signifikant, når man sammenligner makro- og mikro -PEH'er. Forsømmelse af forskellige størrelseseffekter resulterede i lavere estimater af PEH -vibrationer.

Nanoskala sensorteknologi er ved at blive en varm vare i den videnskabelige industri på grund af dens ekspansive applikationer. Med applikationer inden for medicin, ingeniørarbejde, fysik og mere, nanoteknologi har meget at vinde ved brug af en stabil energikilde, såsom disse nymodellerede PEH'er.