المولدات النانوية لشحن الأجهزة المحمولة

قام فريق من المهندسين من عدة جامعات بتطوير شيء سيساعد في المستقبل في حل مشكلة التصريف المتأخر للبطاريات من الأجهزة الإلكترونية المحمولة مثل الهواتف المحمولة والهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وغيرها. يمكن إعادة شحن الأدوات الذكية حرفيًا أثناء التنقل ، مما يلغي الحاجة للاتصال بمنفذ باستخدام سلك كهربائي.

تقوم مولدات النانو المدمجة مباشرة في العلبة أو في حالة وجود جهاز محمول بجمع وتحويل طاقة اهتزاز السطح ، مثل مقعد الراكب في سيارة متحركة ، إلى كهرباء وشحن بطارية جهاز محمول ، مثل الهاتف الذكي.

يعتقد أستاذ مشارك في علوم وهندسة المواد في جامعة ويسكونسن في ماديسون ، شودونغ وانغ ، أن تطوير هذه الفكرة سيؤدي إلى إنشاء إلكترونيات شخصية ذاتية الشحن.

وصف Xudong Wang ، مع تلميذه Yanchao Mao والمؤلفين المشاركين من جامعة Sun Yat-sen في الصين ، وجامعة Minnesota في Duluth ، بالولايات المتحدة الأمريكية ، اختراعهما ، مولد كهربائي كهرضغطية، في مقال لمجلة Advanced Energy Materials في 27 يناير 2014.

يستخدم المولِّد النانوي أساسًا مادة بوليمر كهرضغطية تسمى PVDF (فلوريد البولي فينيل إيدن). المواد الكهروإجهادية قادرة بطبيعتها على توليد الكهرباء بالقوة الميكانيكية. كما أنها مشوهة ميكانيكياً تحت تأثير المجال الكهربائي.

بدلاً من التشوه المعتاد أو عمل المجال الكهربائي ، قام الباحثون بإدراج جسيمات أكسيد الزنك النانوية في الفيلم الرقيق PVDF ، الذي يسمح الآن بالحصول على تأثير كهرضغطية حتى مع الاهتزازات الطفيفة ، ثم تجميع الطاقة الكهربائية.

ثم تم حفر الجسيمات النانوية من الفيلم ، مما أدى إلى وجود مسام مترابطة - "mesopores" - مادة تشبه الإسفنج. كانت مثل هذه المادة الإسفنجية هي مفتاح تحويل الطاقة الاهتزازية. يقول Xudong Wang إنه كلما كانت المادة أكثر ليونة ، كلما كانت حساسية الاهتزازات الصغيرة أكثر حساسية.

يتضمن المولِّد النانوي نفسه ألواحًا رفيعة من الأقطاب الكهربائية على جانبي فيلم البوليمر المسيس ، والذي يمكن ربطه بأي نوع من السطح ، سواء كان جلدًا بشريًا ناعمًا أو أي سطح آخر غير مستوٍ.

إذا تحدثنا عن الهواتف الذكية ، فإن كتلة الجهاز سوف تساعد في تقوية الطاقة الكهربائية المولدة ، بسبب الزيادة في التحيز. على سبيل المثال ، شخص يمشي أو يركض ببساطة ، وبفضل هذا ، يتم شحن الهاتف الذكي بشكل فعال.

في المستقبل ، قد تصبح المولِّدات النانوية جزءًا لا يتجزأ من العديد من الأجهزة الإلكترونية ، على سبيل المثال ، كواجهة خلفية أو غطاء لجهاز ، لتزويدها مباشرة بالطاقة المستلمة من الاهتزازات البيئية.

يعتقد الفريق أن بساطة التصنيع ستسمح بتوسيع نطاق مصانع توليد الطاقة متناهية الصغر هذه إلى أحجام كبيرة. كما أن القدرة على ضبط الخواص الميكانيكية للأفلام وتصميمها ستمكّن من تنفيذ الهياكل لتزويد الهواتف بالطاقة ومن أجل تشغيل أنظمة الاستشعار بشكل مستقل.