توان دادن به دستگاه تنظیم کننده ضربان قلب با نانوژنراتور

محققان در آمریکا توانسته‌اند بر مشکل عدم قابلیت کشسانی نانوروبان‌های تیتانات زیرکونات سرب (PZT) پیزوالکتریک غلبه کنند. این خاصیت بواسطه شکننده بودن این ماده است. این محققان نانوروبان‌های پیزوالکتریکی به شکل‌های موجی ساخته‌اند و آنها را با لاستیک سیلیکونی کشسان مجتمع کرده‌اند. چنین ماده کامپوزیتی می‌تواند مقادیر بزرگی از تغییرشکل کشسانی را تحمل کند.

محققان در آمریکا توانسته‌اند بر مشکل عدم
قابلیت کشسانی نانوروبان‌های تیتانات زیرکونات سرب (PZT) پیزوالکتریک غلبه
کنند. این خاصیت بواسطه شکننده بودن این ماده است. این محققان نانوروبان‌های
پیزوالکتریکی به شکل‌های موجی ساخته‌اند و آنها را با لاستیک سیلیکونی
کشسان مجتمع کرده‌اند. چنین ماده کامپوزیتی می‌تواند مقادیر بزرگی از
تغییرشکل کشسانی را تحمل کند.

میکائیل مک‌الپین از دانشگاه پرینستون و یکی از این محققان، توضیح می‌دهد:
تیتانات زیرکونات سرب یکی از مؤثرترین مواد پیزوالکتریک شناخته شده است،
اما ماده‌ی بی‌نهایت شکننده با مدول یانگی برابر با نصف مدول یانگ فولاد
است. حداکثر تغییرشکل بی‌خطر برای این ماده دو دهم درصد است که بدین معنی
است که حتی کشش کوچکی منجر شکسته شدن آن می‌شود. با طراحی شکل روبان
تیتانات زیرکونات سرب به صورت یک ساختار موجی، می‌توان این ماده را بیش از
۱۰ درصد کشید و تغییرشکل داد.
 

روبان‌های تیتانات
زیرکونات سرب پیزوالکتریک کشسان.
توانایی این محققان در ساخت این روبان‌ها
به شکل ساختارهای موجی و چین‌دار بر اساس توانایی‌شان برای کنترل تغییرشکل
اولیه لاستیک سیلیکونی و چسبندگی بین لاستیک و این نانوروبان‌ها بود. ابتدا
لاستیک سیلیکونی کشیده شد و در همان حال این نانوروبان‌ها روی آن چاپ شدند.
سپس لاستیک سیلیکونی رها شد تا به شکل اولیه برگردد؛ این فرآیند باعث شد که
نانوروبان‌های روی این لاستیک، چین‌دار شده و ساختار موجی‌شکلی پیدا کنند.

مک‌الپین می‌گوید: یک مزیت مهم این بود که تغییرشکل اعمال شده روی این
نانوروبان‌ها در حقیقت بواسطه اثر شناخته شده‌ای معروف به اثر فلکسوالکتریک
(“flexoelectric”) منجر به افزایش پاسخ پیزوالکتریک شد.

او امید دارد که یک کاربرد جالب ویژه این باشد که برای نیرو دادن به افزاره‌های
پزشکی قابل کاشت از قبیل دستگاه تنظیم‌کننده ضربان قلب، بتوان این مواد جمع‌آوری‌کننده
انرژی بسیار کارآمد را با ریه‌ها مجتمع کرد.

مک‌الپین توضیح می‌دهد: دستگاه‌های تنظیم‌کننده ضربان قلب در حال حاضر با
باتری کار می‌کنند. بنابراین لازم است که هر از چند سال این باتری تعویض
شود. ریه‌ها در مدی مشابه با انبساط و انقباض یک بالون (برای مثال در یک مد
عملیاتی کششی) کار می‌کنند. مواد پیزوالکتریکِ جمع‌آوری‌کننده انرژی زیست‌سازگار
ما این توانایی را دارند که در چنین مدهای کششی نیرو تولید کنند.

این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر
کرده‌اند.