خبر

  • تک بورد - فلز مایع محصور در هیدروژل یک دستگاه برداشت انرژی امیدوار کننده است

    فلز مایع محصور در هیدروژل یک دستگاه برداشت انرژی امیدوار کننده است
    7 روز و 5 ساعت قبل

    هرگونه حرکت مکانیکی دستگاه را تغییر شکل می دهد ، مانند فشردن ، کشیدن ، پیچاندن.
    دانشمندان در دانشگاه ایالت کارولینای شمالی یک دستگاه جمع آوری و کشش انعطاف پذیر انعطاف پذیر را فقط از مواد نرم زیست سازگار ساخته اند: فلز مایع و پلیمرهای نرم معروف به هیدروژل. بر اساس مقاله اخیر این تیم که در مجله Advanced Materials منتشر شده است ، مقادیر کمی الکتریسیته قابل مقایسه با سایر فناوری های جمع آوری انرژ

    مایکل دیکی ، مهندس شیمی و دو مولکولی در NCSU ، می گوید: "انرژی مکانیکی-مانند انرژی جنبشی باد ، امواج ، حرکت بدن و ارتعاشات ناشی از موتورها-فراوان است." "ما دستگاهی را ایجاد کرده ایم که می تواند این نوع حرکت مکانیکی را به الکتریسیته تبدیل کند. و یکی از ویژگیهای قابل توجه آن این است که در زیر آب کاملاً خوب کار می کند. " محققان در سال 2013 دریافتند که می توانند انرژی را از خازن دو لایه الکتریکی (ELCD) با فشار دادن مجموعه ای از قطرات آب که بین دو الکترود سفت قرار گرفته اند ، جمع آوری کرده و به طور خود به خود خازن را شارژ کنند. اما ثابت شد که سفتی یک کمبود است ، زیرا الکتریسیته تنها با بالا و پایین بردن الکترود سفت تولید می شود. دیکی و همکارانش می خواستند یک نسخه انعطاف پذیر از این فناوری ایجاد کنند.

    کلید نشان داد که یک آلیاژ فلز مایع از گالیوم و ایندیوم است ، در هر دیکی ، که سپس در یک جاذب آب قرار می گیرد. هیدروژل نمک های محلول در آب (یون ها) روی سطح فلزی جمع شده و یک لایه دوگانه الکتریکی شبیه به یک خازن تشکیل می دهند. تغییر شکل فلز مایع مساحت را افزایش می دهد و هرچه سطح بیشتر باشد ، بار القایی بیشتر می شود. وقتی الکتریسیته تولید می شود ، می توان آن را با سیم متصل به مهار کرد.

    "از آنجا که دستگاه نرم است ، هرگونه حرکت مکانیکی می تواند باعث تغییر شکل آن شود ، از جمله له شدن ، کشش و پیچاندن." "این امر باعث می شود که برای برداشت انرژی مکانیکی همه کاره باشد. به عنوان مثال ، هیدروژل به اندازه ای کشسان است که می تواند تا پنج برابر طول اولیه خود کشیده شود."

    تغییر شکل دستگاه باعث ایجاد جریان می شود. بزرگنمایی/تغییر شکل دستگاه باعث ایجاد جریان می شود. YouTube/NCSU

    دیکی و همکاران بعداً قابلیت تغییر انرژی دستگاه خود را با تغییر شکل یکی از الکترودها و مقایسه نتایج با الکترودهای دیگر بدون شکل ، آزمایش کردند. آنها دریافتند که تغییر شکل فقط چند میلیمتر می تواند چگالی توان را در حدود 0.5 میلی وات بر متر مربع ایجاد کند ، که قابل مقایسه با سایر دستگاه های رایج جمع آوری انرژی است.

    تبلیغات

    اما این دستگاه یک مزیت بزرگ نسبت به رقبای خود: این رقبا معمولاً در محیط های مرطوب عملکرد خوبی ندارند. به گفته دیکی ، این امر کاربردهای بالقوه بیشتری را باز می کند ، از جمله زیست پزشکی ، لباس ورزشی ، روبات های نرم ، پوست های الکترونیکی و استفاده در محیط های دریایی. تولید دستگاه آنها نیز در چند مرحله ساده بسیار آسان است.

    محققان NCSU از فناوری آنها برای ایجاد یک سنسور خودکار قابل کشش استفاده کردند که قادر به حس حرکت انگشت است. آنها نوشتند: "افزایش زاویه خم شدن انگشت تغییر شکل را افزایش می دهد و منجر به افزایش جریان می شود." این حسگر همچنین می تواند در حین راه رفتن از حرکت آرنج و زانو انرژی بگیرد. آب موجود در هیدروژل به مرور زمان تبخیر می شود ، که این امر بر کشش آن تأثیر می گذارد و هدایت آن را تغییر می دهد. با این حال ، می توان با افزودن نمک های لیتیوم کلراید به دستگاه ، این امر را کاهش داد. گالیم همچنین به مرور زمان اکسید می شود و محققان پس از چند هزار چرخه به کاهش پتانسیل انرژی توجه کردند. این می تواند منجر به خروجی های قدرت کمتر در یک دوره زمانی طولانی تر شود. و هنوز مقداری انرژی در تغییر شکل هیدروژل هدر می رود. حتی ژل های نرم تر می توانند بازده تبدیل انرژی آن را افزایش دهند.

    به گفته دیکی ، این در درجه اول اثبات مفهوم است. آنها همچنین در حال بررسی چگونگی تطبیق فناوری خود برای برداشت نیرو از باد و امواج اقیانوس هستند. و دیکی و تیمش فکر می کنند می توانند راهی برای افزایش بیشتر چگالی قدرت دستگاه خود بیابند.

    یکی از راه های این کار ممکن است این باشد که فلز را به قطرات کوچکتر تقسیم کرده و اساساً مساحت مورد نظر را افزایش دهید. جلد. متناوبا ، می توان دستگاه را پیش فشار داد و سپس اجازه داد تا شل شود و جریان الکتریکی (و در نتیجه حداکثر قدرت لحظه ای) را افزایش دهد. یا می توان خازن ها را برای افزایش توان خروجی شارژ کرد. سرانجام ، "در اصل ، ممکن است مواد دیگری مانند مایعات یونی یا الکترولیت های باتری را برای افزایش پتانسیل کار مورد بررسی قرار دهیم."

    DOI: Advanced Materials، 2021. درباره DOI ها).

    محققان دانشگاه ایالتی NC راهی برای تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریسیته گزارش می دهند.





خبرهای دیگر از علوم پایه