Mokslininkai sukūrė polimerinę plėvelę, pripildytą specialaus chalkogenido perovskito junginio, kuris suspaudus ar įtempus gamina elektros energiją – šis reiškinys vadinamas pjezoelektriniu efektu.
Nors šiuo metu yra ir kitų pjezoelektrinių medžiagų, Rensselaerio politechnikos instituto mokslininkų sukurta polimerinė plėvelė yra viena iš nedaugelio didelio efektyvumo medžiagų, kurios sudėtyje nėra švino, todėl ji yra puiki kandidatė naudoti mašinose, infrastruktūroje ir biologinėje medicinoje.
Kad būtų paprasčiau suprasti naujos medžiagos veikimą, galima įsivaizduoti padangas, kurios važiuojant įkrauna transporto priemonę, gatvių žibintus, kuriuos maitina eismas, arba dangoraižius, kurie gamina elektrą, kai pastatai natūraliai vibruoja.
„Mus džiugina mūsų išvados ir jų potencialas padėti pereiti prie žaliosios energijos. Švinas yra toksiškas ir vis dažniau ribojamas bei laipsniškai šalinamas iš medžiagų ir prietaisų.
Mūsų tikslas buvo sukurti medžiagą, kurioje nebūtų švino ir kurią būtų galima pagaminti nebrangiai, naudojant gamtoje plačiai paplitusius elementus.“ – teigė tyrimo autorius, daktaras Nikhilas Koratkaras.
Kaip veikia polimerinė plėvelė?
Energijos surinkimo plėvelė, kurios storis yra tik 0,3 milimetro, galėtų būti integruota į įvairius prietaisus, mašinas ir struktūras.
„Iš esmės medžiaga mechaninę energiją paverčia elektros energija – kuo didesnė slėgio apkrova ir kuo didesnis paviršiaus plotas, ant kurio veikia slėgis, tuo didesnis efektas.
Pavyzdžiui, ji galėtų būti naudojama po greitkeliais, kad automobiliams važiuojant per juos būtų gaminama elektros energija. Jis taip pat galėtų būti naudojamas statybinėse medžiagose, gaminant elektrą, kai pastatai vibruoja.“ – sakė Koratkaras.
Pjezoelektrinis efektas pasireiškia medžiagose, kurios neturi struktūrinės simetrijos. Esant įtampai, pjezoelektrinės medžiagos deformuojasi taip, kad jose atsiskiria teigiami ir neigiami jonai.
Šį moksliškai vadinamą „dipolinį momentą“ galima panaudoti ir paversti elektros srove. Chalkogenido perovskito medžiagoje, kurią atrado mokslininkų komanda, struktūrinę simetriją galima lengvai pažeisti esant įtampai, todėl atsiranda ryškus pjezoelektrinis atsakas.
Susintetinę naująją medžiagą, kurios sudėtyje yra bario, cirkonio ir sieros, tyrėjai išbandė jos gebėjimą gaminti elektros energiją, veikdami ją įvairiais kūno judesiais, pavyzdžiui, vaikščiojimu, bėgimu, plojimu ir pirštų stuksenimu.
Tyrimo rezultatai yra džiuginantys
Tyrėjai nustatė, kad atliktų eksperimentų metu medžiaga gamino elektros energiją, kurios pakako net LED diodų baterijoms maitinti.
„Šie bandymai rodo, kad ši technologija galėtų būti naudinga, pavyzdžiui, bėgikų ar dviratininkų dėvimame įrenginyje, kuris apšviečia jų batus ar šalmus ir padaro juos geriau matomus.
Tačiau tai tik koncepcijos įrodymas, nes galiausiai norėtume, kad tokia medžiaga būtų įdiegta plačiu mastu, kur ji iš tiesų galėtų pakeisti energijos gamybą.“ – teigė Koratkaras.
Toliau Koratkaro laboratorija tirs visą chalkogenidų perovskitų junginių šeimą, ieškodama tokių, kurie pasižymėtų dar stipresniu pjezoelektriniu poveikiu. Be to, Koratkaras pridūrė, kad dirbtinis intelektas ir mašininis mokymasis šiame procese gali būti labai naudingi įrankiai.
Taip patskaitykite
