211service.com
Fleksible ark fanger energi fra bevægelse
Forskere ved Princeton University har skabt et fleksibelt materiale, der høster rekordstore mængder energi, når det er stresset. Forskerne siger, at materialet kan inkorporeres i skosålerne for at drive bærbar elektronik eller endda placeres på en hjertepatients lunger for at genoplade en pacemaker, mens han trækker vejret.
Flex din magt: En Princeton-forsker holder en firkant af silikone indlejret med et bånd af et krystallinsk materiale, der genererer en elektrisk strøm, når den bøjes.
Den energi-høstende gummi sandwiches bånd af et piezoelektrisk materiale kaldet PZT mellem stykker af silikone. Når det er mekanisk belastet, genererer et piezoelektrisk materiale en spænding, der kan bruges til at producere elektrisk strøm; en strøm kan også konverteres tilbage til mekanisk bevægelse.
Gummimaterialet kan udnytte 80 procent af den energi, der tilføres, når det bøjes – fire gange mere end eksisterende fleksible piezoelektriske materialer.
Fleksibilitet kan vise sig at være afgørende, hvis teknologien til at høste energi skal tage fart. For eksempel testede militæret piezoelektriske sko med stiv sål som strømkilde, men soldater klagede over fodsmerter. Og tidligere fleksible energihøstere – baseret på piezoelektriske polymerer, nanotråde eller andre typer krystal – udsender lidt elektrisk strøm.
PZT er det mest effektive piezoelektriske materiale, man kender, men dets krystallinske struktur betyder, at det skal dyrkes ved høje temperaturer, som normalt smelter et fleksibelt substrat. Princeton-forskerne, ledet af professor i maskinteknik Michael McAlpine , kom uden om dette ved at lave PZT ved høje temperaturer og derefter overføre tynde bånd af materialet til silikone.
Først behandler forskerne PZT'en med et kemisk ætsebad, der fjerner et tyndt bånd fra overfladen af krystallen. De bruger derefter et polymerstempel til at tage båndet op og placere det på en silikonefilm, før de dækker det med et andet stykke silikone og forsegler det. Alle de processer, vi bruger til at lave fleksible PZT-bånd, er ekstremt enkle og ligetil, siger McAlpine. Det er afgørende, at forskerne fandt ud af, at processen ikke kompromitterer PZTs energikonverteringseffektivitet.
Proof-of-concept tests beskrevet i denne uge i journalen Nano bogstaver viser, at de gummiindkapslede PZT-bånd bevarer deres høje effektkonverteringseffektivitet. McAlpine siger, at den simple udskrivningsproces let bør skaleres op til at lave større ark; han har indgivet patent på processen.
McAlpine er særligt fokuseret på biomedicinske anvendelser af materialet og siger, at det kan skære ned på antallet af operationer, som patienter med implantater skal gennemgå. For eksempel kunne læger placere et strømgenererende ark mod lungerne under den indledende operation; den konstante bevægelse af organerne kunne hjælpe med at genoplade et batteri, siger McAlpine.
Jim Grotberg , professor i kirurgi og biomedicinsk teknik ved University of Michigan, siger, at trådløs overvågning og lægemiddellevering til patienter med kroniske medicinske problemer er andre potentielle anvendelser. Hvis du har en sensor, der overvåger puls, hjerneaktivitet eller blodtryk, eller et implanterbart insulin-injektionssystem, har du brug for et batteri, siger han.
PZT i sig selv er ikke biokompatibelt - p'et kommer fra det kemiske symbol for bly, en af dets komponenter sammen med zirconium og titanium. Men krystalbåndene er fuldstændig indkapslet i silikone, et materiale, der er godkendt af U.S. Food and Drug Administration til medicinske implantater.
Selv dyreforsøg er stadig en vej væk. Men Princeton-forskerne laver nu prototype-enheder af lagnerne for at teste, hvor meget elektricitet de kan generere, når de er indbygget i sko.