Joustava ja monitoiminen energian talteenotto

21.05.2018

Penn-joustavaa-energian-talteenottoa-300-t.jpgPenn State tutkijoiden kehittämä pietsosähköinen keraaminen vaahto tarjoaa kymmenkertaisen kasvun kykyyn kerätä mekaanista ja lämpöenergiaa tavanomaisiin pietsosekoitteisiin verrattuna.

Aiemmin tutkijat ovat lisänneet kovakeraamisia nanopartikkeleita tai nanolankoja pehmeään ja joustavaan polymeeritukeen. Polymeeri antaa joustavuutta, kun taas pietsohiukkaset muuntavat mekaanisen energian sähköjännitteeksi.

Nämä materiaalit ovat kuitenkin suhteellisen tehottomia, koska mekaanisen kuormituksen yhteydessä suurin osa polymeeristä absorboi mekaanista energiaa ja hyvin pieni osa siirtyy pietsohiukkasille. Lisäämällä keraamisia komponentteja lisättäisiin energiatehokkuutta mutta silloin joustavuus vähenee.

Lähes kolme vuosikymmentä sitten Penn Staten materiaalitieteilijä Bob Newnham tuli käsitykseen siitä, että pietsotäyteaineen liitettävyys määritti pietsosähköisen vaikutuksen tehokkuuden. Täten kolmiulotteinen materiaali olisi tehokkainta tällaisissa rakenteissa mutta miten saavuttaa hyvin määritelty mikrorakenne pysyi mysteerinä pitkään.

Mysteerin ratkaisuksi osoittautui halpa polyuretaanivaahtoarkki, joka on ostettavissa mistä tahansa rakennustarvikekaupasta. Arkin rakenne toimii mallina pietsosähköisen keraamisen mikrorakenteen muodostamiseksi.

Tutkijat ujuttivat keramiikkaa polyuretaanilevyyn liuenneiden nanohiukkasten muodossa. Kun sapluuna ja liuos kuumennetaan riittävän korkeaan lämpötilaan, levy palaa pois ja liuos kiteytyy kiinteään 3D-mikromuotoon, jossa on yhtenäiset aukot. Sitten keraamisen vaahdon aukot täytetään polymeerillä.

"Näemme, että tällä 3D-komposiitilla on paljon suurempi energiantuotto eri tiloissa", toteaa professori Qing Wang. "Voimme venyttää, taivuttaa tai puristaa sitä. Ja samaan aikaan sitä voidaan käyttää pyroelektrisena energiasarjana, jos lämpötilagradientti on vähintään muutaman asteen."

Tällä hetkellä Wang ja kumppanit työskentelevät lyijyttömän ja ympäristöystävällisemmän vaihtoehdon etsimiseksi nykyisen lyijy-zirkonium-titanaatin (PZT) keramiika tilalle.

Aiheesta aiemmin

Monenlaista energian keruuta

21.08.2019Uusia puolijohteita tehoelektroniikkaan
20.08.2019Biohajoavia mikroresonaattoreita
19.08.2019Uutta tekniikkaa aurinkosähkölle
16.08.2019E-tekstiilejä ja metamateriaaleja
15.08.2019Valoa nanopiireille
14.08.2019Tehokkaampia kvanttiantureita
13.08.2019Tsunami mikropiirillä
12.08.2019Tekniikkaa kuudennen sukupolven verkoille
09.08.2019Kvanttimikrofonista kvanttitietokoneeseen
08.08.2019Paksummat OLEDit parantavat näyttötekniikkaa

Siirry arkistoon »