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

23.04.2019Uusia rakenteita Litium-ioni akuille
18.04.2019Spinaaltoja nanoelektroniikkaan
17.04.2019Huonelämpötilassa toimivia keinotekoisia atomeja
16.04.2019Uusi ihmemateriaali: yksittäisiä 2D-fosforeeninauhoja
15.04.2019Eksoottisia kvanttivaikutuksia
12.04.2019Fononeja suunnaten ja laseroiden
11.04.2019Kuparipohjainen vaihtoehto kullalle
09.04.2019Vanhassa vara parempi
08.04.2019Mainoksen esittelyteksti
08.04.2019Tehokkaita ledejä nanolangasta

Siirry arkistoon »