افزایش قدرت حسگرها با نانوسیم های پیزوالکتریک

حسگرهای ارتعاشی فوق حساس، یکی از کاربردهای نانوسیم‌های پیزوالکتریک هستند که با خمیده یا کشیده شدن، الکتریسیته تولید می‌کنند. دانشمندان نشان دادند که نانوسیم‌های تولیدشده از اکسید روی و نیترید گالیم وقتی تحت فشار یا کشش قرار می‌گیرند، الکتریسیته تولید می‌کنند. اما بواسطه ثابت بار پیزوالکتریکی کم مواد امکان انجام موثر این فرآیند وجود ندارند .

حسگرهای ارتعاشی فوق حساس، یکی از
کاربردهای نانوسیم‌های پیزوالکتریک هستند که با خمیده یا کشیده شدن،
الکتریسیته تولید می‌کنند. دانشمندان نشان دادند که نانوسیم‌های تولیدشده
از اکسید روی و نیترید گالیم وقتی تحت فشار یا کشش قرار می‌گیرند،
الکتریسیته تولید می‌کنند. اما بواسطه ثابت بار پیزوالکتریکی کم مواد امکان
انجام موثر این فرآیند وجود ندارند .

یکی از راهکارها، ساخت نانوسیم‌هایی از جنس باریم، تیتانات است که ثابت بار
آن۸۵ pc/N ، و در مقایسه با اکسید روی ـ با ثابت بار-۱۲pc/N و نیترید
گالیم- با-۳ pc/N قابل توجه است. همان طور که Min-Feng Yu، استاد
دانشگاه Illinois آمریکا، نیز نشان داد سنتز شیمیایی آنها پیچیده و کنترل
آن سخت است، اما ما را به سمت ابزارهایی با کارایی بهتر هدایت می‌کند.

Yu و همکاراش نانوسیم‌های باریم تیتانات تازه رشدکرده را برای آزمایش بر
روی سکوی بارگذاری قرار دادند. هر نانوسیم با پایه‌های پلاتینیومی ـ که با
روش پرتوی الکترونی رسوب داده شدند ـ از دو انتها بر دو طرف شکاف موجود در
زیرلایه متصل شدند(مطابق شکل). یک قسمت از این زیرلایه ثابت و قسمت دیگر با
استفاده از یک محور منفرد متحرک است.
این کار دقّت پژوهشگران را در گذاردن و برداشتن نمونه باریم تیتانات افزایش
می‌دهد. برای اندازه‌گیری پاسخ، خروجی نانوسیم‌های پیزوالکتریک از یک تقویت‌کننده
فوق‌العاده حساس بار عبور داده شد، سپس با استفاده از نرم‌افزار کسب داده‌ها،
استخراج شدند.

Yu و همکارانش در حین انجام آزمایش‌ها، فرایند برداشت و ذخیره‌سازی انرژی
را با جزئیات نشان دادند. آنها همچنین الکتریسیته تولیدی با نانوسیم‌ها را
در طول چرخه بارگذاری تفسیر کردند. Yu می‌گوید: “ممکن است این ابزارها برای
رسیدن به انرژی خروجی کافی یا حساسیت به اغتشاشات محیط، نظیر ارتعاشات
مکانیکی و امواج صوتی، به آرایش خاصی از نانوسیم‌های باریم تیتانات نیاز
داشته باشند؛ بنابراین به نظر می‌رسد به انواع نازک‌تر و طویل‌تری نیاز است.”

ساختاری را که این گروه آزمایش کردند۲۸۰، نانومتر قطر و ۱۵ میکرومتر طول
داشت؛ اما هنوز کارایی رقابت را نداشت. طبق آزمایش‌های آنها خروجی نانوسیم‌های
باریم تیتانات ۱۶ بار بیشتر از نانوسیم‌های اکسید روی در شرایط یکسان است.
این محققان در مرحله بعد قصد دارند شکل مدار را با کاهش ظرفیت پارازیتی و
افزایش مقاومت بارگذاری بهینه‌سازی کنند. آنها معتقدند که این تغییرات می‌تواند
تبدیل انرژی را تا ده برابر بهبود بخشد.