Hvordan man driver elektronik ved hjælp af mekanisk bevægelse

Skubbet mod laveffekt, energibesparende enheder har været en retning, elektronikindustrien altid har fulgt. Skiftet til lavenergi LED-belysning er et godt eksempel på denne tendens. En anden vej er udviklingen af ​​energihøst, selvforsynende enheder. Ideen her er at bruge materialer, der viser piezoelektriske og triboelektriske effekter til at omdanne mekanisk energi til elektrisk energi. Piezoelektriske materialer genererer en elektrisk ladning, når de belastes mekanisk, mens den triboelektriske effekt er opbygningen af ​​ladninger på to forskellige materialer, efter at de er kommet i kontakt med hinanden.

Piezoelektriske nanogeneratorer (PENG), triboelektriske nanogeneratorer (TENG), og endda hybride piezo-triboelektriske energihøstere (HNG), der har forbedret energiindsamlingskapacitet, er blevet udviklet med det formål at forsyne laveffektelektronik ved simpel bevægelse. Disse enheder kræver generelt dielektriske materialer, der bevarer deres polarisering, og multiferroiske materialer, der udviser ferromagnetiske og ferromagnetiske egenskaber, er velegnede til denne opgave.

Nu i en nylig undersøgelse offentliggjort i Nano energi, forskere fra Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Korea og Indian Institute of Technology, Guwahati, Indien, udvikle en kompositfilm, der kan bruges i kombination med andre materialer til at producere energihøstgeneratorer. Kompositfilmen blev udviklet ved hjælp af en omkostningseffektiv teknik, hvor et multiferroisk materiale, vismuttitanat Bi ₄ Ti ₃ O ₁₂ (eller BiTO), blev tilsat til en fleksibel triboelektrisk polymer (PDMS).

"Vores hovedmotivation bag dette arbejde var at udvikle et rumtemperatur multiferroisk materiale med høj kolossal permittivitet til hybrid piezo-triboelektrisk energihøster, " forklarer prof. Hoe Joon Kim fra DGIST, der ledede undersøgelsen. Ved at klemme BiTO-PDMS-filmen mellem aluminiumslag, forskerne fremstillede en HNG, der genererer en elektrisk ladning, når den trykkes og slippes.

Men hvordan genererer disse flere lag en strøm? Svaret ligger i filmens egenskaber og dens reaktion på mekanisk påvirkning. Lagene fungerer som elektroder, og når enheden trykkes og slippes, filmens piezoelektriske og triboelektriske natur synergerer med hinanden for at generere ladninger på elektroderne, skabe en spænding. Denne synergistiske effekt viste sig at forbedre energihøstningsydelsen. Ved at bruge flere af disse HNG'er, forskerne konstruerede en multienhed HNG, der var i stand til at drive et armbåndsur og en lommeregner.

Begejstret over undersøgelsens betydning, Prof. Kim udtaler:"For første gang, det enfasede rumtemperatur multiferroiske materiale med kolossal dielektrisk konstant er blevet opnået. Den interne polarisationsamplifikation af polymeren blev forbedret, øger energihøstningsydelsen for hybridenergihøsteren."

I takt med at der fortsat sker fremskridt med at forbedre nanogeneratorernes energihøstningsydelse, disse små enheder kan en dag gøre batterier ugyldige i mange tilfælde, gør elektronik mere bæredygtig og selvforsynende.