- 2006-10-05
- 474
- 210
به گزارش سرویس علم و فناوری پایگاه اطلاع رسانی صبا، هم چنین با استفاده از این نانوفن آوری، محققان موسسه ی فن آوری جئورجیا جریان برق را از ضربات آهسته ی انگشت تولید کردند و با این کار کاربران دستگاه های بلک بری،کاربران تلفن ها و دیگر وسایل همراه را در جهت تولید انرژی از طریق تایپ توسط خودشان یک قدم جلوتر بردند.
ژونگ لین وانگ (Zhong lin wang )، استاد دانشکده ی علوم و مهندسی مواد جئورجیا تک، می گوید: "با استفاده از فن آوری نانو، ما روش هایی را برای تبدیل انرژی های بی قاعده و نامنظم بیومکانیکی به برق به اثبات رسانده ایم. این فن آوری قادر است که هر اغتشاش مکانیکی را به انرژی برق تبدیل کند."
نتایج این تحقیق -اثبات فایده و سودمندی انرژی های بیومکانیکی برای تولید برق- در تاریخ 11 فوریه در نسخه ی آنلاین مجله ی انجمن شیمی آمریکا، Nano Letters، منتشر شده است.
مطالعات نشان می دهند نانومولدها که تیم آقای وانگ آنها را از سال 2005 گسترش داده اند، این قابلیت را دارند که با حرکت و تنش های بی قاعده ی مکانیکی، راه اندازی شوند و بکار افتند. (مانند ارتعاش تارهای صورتی، نوسان های ناشی از نیروی باد یا نسیم، و نیز مانند ضربات آهسته (Tapping) انگشتان، و یا دویدن موش ها روی چرخ های آزمایشی).
جداسازی انرژی های فرکانس پائین از حرکات (وتنش های) بی قاعده و نامنظم بسیار حائز اهمیت می باشد، زیرا اکثر این انرژی های بیومکانیکی، برخلاف حرکت های منظم مکانیکی که امروزه برای تولید الکتریسیته در سطح وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند، تغییرپذیراند.
نیروی نانومولدها به واسطه اثر پیزوالکتریک تولید می شود. پیزوالکتریک پدیده ای است که در بعضی از مواد خاص مانند سیم های اکسید روی با خم و راست کردن آنها، انرژی الکتریسیته تولید می شود. این سیم ها- اکسید روی- بین 100 تا 800 نانومتر قطر و بین 100 تا 500 میکرون طول دارند.
گروه تحقیقاتی آقای وانگ برای ساخت مولدهایشان، هرکدام از سیم های اکسید روی را در ماده ی پلیمری انعطاف پذیری قرار دادند و هر کدام از دو سر سیم ها را به یک اتصال الکتریکی وصل کردند که در انتهای یکی از دو سر سیم، برای کنترل شار جریان، یک سد شاتکی قرار دادند. سپس یکی از این مولدهای تک سیم را به یک بند انگشت اشاره متصل کردند و هم چنین این که چهار مولد تک سیم را روی یک لباس زرد رنگ که یک موش آن را به تن کرده بود، با یکدیگر ترکیب کردند.
حرکت و جنبش موش و نیز ضربات انگشت، ماده ی پلیمری ای که نانوسیم ها در آن قرار داده شده بودند، خم می کرد که مقدار کمی جریان الکتریسیته متناوب را تولید کرد. با فشرده شدن چهار نانو مولد روی لباس موش تولید نیرو ی برق به بالای 5/0 نانوآمپر رسید که در تک مولد روی انگشت جریان کمتری تولید شد.
وانگ تخمین می زند که برای تأمین نیروی یک قطعه ی الکترونیکی همراه مانند یک هدست بلوتوث به حداقل هزاران مولد تک سیم این چنینی نیاز است که می توان آن ها را به صورت لایه های متصل به هم و در عناصر سه وجهی ساخت.
جدا از ضربات انگشت و یا دویدن موش ها، وانگ معتقد است که عناصر وی، این قابلیت را هم دارند که برای کسب انرژی مورد نیاز خود، برای استفاده از منابع انرژی متعددی مانند حرکات و جابه جایی ماهیچه ها و یا ضربان رگ های خونی، در بدن کاشته شوند. این عناصر می توانند در بدن برای تأمین انرژی نانو دستگاه هایی که برای اندازه گیری فشار خون و یا دیگر علائم حیاتی به کار می روند، مورد استفاده قرار گیرند.
به خاطر این که این قطعات، جریان متناوب تولید می کنند، هم زمان سازی چهار مولد قرار گرفته روی پشت موش برای تولید حداکثر جریان بسیار حیاتی بود که بدون انجام این عمل، شار جریان تولید شده از یک مولد توسط شار جریان مولد دیگر خنثی می شد.
گروه تحقیقاتی (که گوآنگ ژو، چنگ لی، یونگ کین، روسن یانگ نیز از اعضای گروه بودند)، با به کار بردن ماده ای که فقط از یک سو قابل خم شدن و انعطاف پذیر بود، این مشکل را بر طرف نمودند. این کار سبب شد، تا مولدین وادار شوند با یکدیگر (و همزمان با هم) خم و راست شوند. اما هنوز تغییرات مهمی در خروجی هر یک از مولدها وجود داشت که این تفاوت ها از تغییرات مقدار خمش و نیز بی ثباتی قطعات دست ساز نتیجه می شد.
وانگ گفت :"نانومولدها حتماً باید هم زمان سازی شوند، که با این کار جریان به طور سودمند و خوبی افزایش می یابد. در آینده به کمک طراحی های پیشرفته تر و صنعت بسیار سازگارتر این مسئله مجدداً بررسی و حل شود."
برای اطمینان از اینکه جریان اندازه گیری شده، به تمامی و به واقع توسط مولد تولید گشته باشد، محققان، احتیاط های متعددی را مد نظر قرار داده اند، از جمله اینکه آنها بجای نانوسیم های اکسیدروی، فیبرهای کربن را جایگزین کردند که پیزوالکتریک نیستند. آن گاه در خروجی هیچ سیگنال الکتریکی را مشاهده نکردند و چیزی اندازه نگرفتند.
در ادامه، گروه تحقیقاتی با شماری از موانع مرتبط با حیوانات چهارپا مواجه شدند. چون در ابتدا گروه تلاش کرد تا لباس مولد نیرو به این حیوانات بپوشانند، ولی بعد فهمیدند که این حیوانات چندان علاقه ای به دویدن از خود نشان نمی دهند.
با پیشنهاد ملیسا، دختر آقای وانگ، محققان دریافتند که موش ها در زمان بعد از یازده نیمه شب بسیار فعال تر و پر جنب و جوش تر هستند. آنها مجبور شدند تا شکل و ترکیب لباسی را مورد بررسی و آزمایش قرار دهند تا به حد کافی تنگ و اندازه (و چسب بدن حیوان) باشد، به طوری که روی بدن بایستد و نانومولدها را از درون مورد خمش قرار دهد، البته نه آنقدر تنگ که موش را اذیت کند.
وانگ هم چنین افزود: "ما معتقدیم که این اولین اثبات به کارگیری یک حیوان یا موجود زنده برای تولید جریان (برق) به کمک نانومولدها می باشد. این مطالعات نشان می دهند که ما به واقع می توانیم حرکت انسان ها و حیوانات را در تولید جریان برق به مهار خود در آوریم."
ژونگ لین وانگ (Zhong lin wang )، استاد دانشکده ی علوم و مهندسی مواد جئورجیا تک، می گوید: "با استفاده از فن آوری نانو، ما روش هایی را برای تبدیل انرژی های بی قاعده و نامنظم بیومکانیکی به برق به اثبات رسانده ایم. این فن آوری قادر است که هر اغتشاش مکانیکی را به انرژی برق تبدیل کند."
نتایج این تحقیق -اثبات فایده و سودمندی انرژی های بیومکانیکی برای تولید برق- در تاریخ 11 فوریه در نسخه ی آنلاین مجله ی انجمن شیمی آمریکا، Nano Letters، منتشر شده است.
مطالعات نشان می دهند نانومولدها که تیم آقای وانگ آنها را از سال 2005 گسترش داده اند، این قابلیت را دارند که با حرکت و تنش های بی قاعده ی مکانیکی، راه اندازی شوند و بکار افتند. (مانند ارتعاش تارهای صورتی، نوسان های ناشی از نیروی باد یا نسیم، و نیز مانند ضربات آهسته (Tapping) انگشتان، و یا دویدن موش ها روی چرخ های آزمایشی).
جداسازی انرژی های فرکانس پائین از حرکات (وتنش های) بی قاعده و نامنظم بسیار حائز اهمیت می باشد، زیرا اکثر این انرژی های بیومکانیکی، برخلاف حرکت های منظم مکانیکی که امروزه برای تولید الکتریسیته در سطح وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند، تغییرپذیراند.
نیروی نانومولدها به واسطه اثر پیزوالکتریک تولید می شود. پیزوالکتریک پدیده ای است که در بعضی از مواد خاص مانند سیم های اکسید روی با خم و راست کردن آنها، انرژی الکتریسیته تولید می شود. این سیم ها- اکسید روی- بین 100 تا 800 نانومتر قطر و بین 100 تا 500 میکرون طول دارند.
گروه تحقیقاتی آقای وانگ برای ساخت مولدهایشان، هرکدام از سیم های اکسید روی را در ماده ی پلیمری انعطاف پذیری قرار دادند و هر کدام از دو سر سیم ها را به یک اتصال الکتریکی وصل کردند که در انتهای یکی از دو سر سیم، برای کنترل شار جریان، یک سد شاتکی قرار دادند. سپس یکی از این مولدهای تک سیم را به یک بند انگشت اشاره متصل کردند و هم چنین این که چهار مولد تک سیم را روی یک لباس زرد رنگ که یک موش آن را به تن کرده بود، با یکدیگر ترکیب کردند.
حرکت و جنبش موش و نیز ضربات انگشت، ماده ی پلیمری ای که نانوسیم ها در آن قرار داده شده بودند، خم می کرد که مقدار کمی جریان الکتریسیته متناوب را تولید کرد. با فشرده شدن چهار نانو مولد روی لباس موش تولید نیرو ی برق به بالای 5/0 نانوآمپر رسید که در تک مولد روی انگشت جریان کمتری تولید شد.
وانگ تخمین می زند که برای تأمین نیروی یک قطعه ی الکترونیکی همراه مانند یک هدست بلوتوث به حداقل هزاران مولد تک سیم این چنینی نیاز است که می توان آن ها را به صورت لایه های متصل به هم و در عناصر سه وجهی ساخت.
جدا از ضربات انگشت و یا دویدن موش ها، وانگ معتقد است که عناصر وی، این قابلیت را هم دارند که برای کسب انرژی مورد نیاز خود، برای استفاده از منابع انرژی متعددی مانند حرکات و جابه جایی ماهیچه ها و یا ضربان رگ های خونی، در بدن کاشته شوند. این عناصر می توانند در بدن برای تأمین انرژی نانو دستگاه هایی که برای اندازه گیری فشار خون و یا دیگر علائم حیاتی به کار می روند، مورد استفاده قرار گیرند.
به خاطر این که این قطعات، جریان متناوب تولید می کنند، هم زمان سازی چهار مولد قرار گرفته روی پشت موش برای تولید حداکثر جریان بسیار حیاتی بود که بدون انجام این عمل، شار جریان تولید شده از یک مولد توسط شار جریان مولد دیگر خنثی می شد.
گروه تحقیقاتی (که گوآنگ ژو، چنگ لی، یونگ کین، روسن یانگ نیز از اعضای گروه بودند)، با به کار بردن ماده ای که فقط از یک سو قابل خم شدن و انعطاف پذیر بود، این مشکل را بر طرف نمودند. این کار سبب شد، تا مولدین وادار شوند با یکدیگر (و همزمان با هم) خم و راست شوند. اما هنوز تغییرات مهمی در خروجی هر یک از مولدها وجود داشت که این تفاوت ها از تغییرات مقدار خمش و نیز بی ثباتی قطعات دست ساز نتیجه می شد.
وانگ گفت :"نانومولدها حتماً باید هم زمان سازی شوند، که با این کار جریان به طور سودمند و خوبی افزایش می یابد. در آینده به کمک طراحی های پیشرفته تر و صنعت بسیار سازگارتر این مسئله مجدداً بررسی و حل شود."
برای اطمینان از اینکه جریان اندازه گیری شده، به تمامی و به واقع توسط مولد تولید گشته باشد، محققان، احتیاط های متعددی را مد نظر قرار داده اند، از جمله اینکه آنها بجای نانوسیم های اکسیدروی، فیبرهای کربن را جایگزین کردند که پیزوالکتریک نیستند. آن گاه در خروجی هیچ سیگنال الکتریکی را مشاهده نکردند و چیزی اندازه نگرفتند.
در ادامه، گروه تحقیقاتی با شماری از موانع مرتبط با حیوانات چهارپا مواجه شدند. چون در ابتدا گروه تلاش کرد تا لباس مولد نیرو به این حیوانات بپوشانند، ولی بعد فهمیدند که این حیوانات چندان علاقه ای به دویدن از خود نشان نمی دهند.
با پیشنهاد ملیسا، دختر آقای وانگ، محققان دریافتند که موش ها در زمان بعد از یازده نیمه شب بسیار فعال تر و پر جنب و جوش تر هستند. آنها مجبور شدند تا شکل و ترکیب لباسی را مورد بررسی و آزمایش قرار دهند تا به حد کافی تنگ و اندازه (و چسب بدن حیوان) باشد، به طوری که روی بدن بایستد و نانومولدها را از درون مورد خمش قرار دهد، البته نه آنقدر تنگ که موش را اذیت کند.
وانگ هم چنین افزود: "ما معتقدیم که این اولین اثبات به کارگیری یک حیوان یا موجود زنده برای تولید جریان (برق) به کمک نانومولدها می باشد. این مطالعات نشان می دهند که ما به واقع می توانیم حرکت انسان ها و حیوانات را در تولید جریان برق به مهار خود در آوریم."