پژوهشگران با توسعه ابزاری جدید که قابلیت تولید انرژی را با استفاده از خواص پیزوالکتریک و تریبوالکتریک دارد، قدمی به سوی خودکفایی ادوات الکترونیکی و بی‌نیازی از باتری برداشتند.
با نانوژنراتورها، دستگاه‌های الکترونیکی از نظر انرژی خودکفا می‌شوند
حرکت به سمت دستگاه‌های کم مصرف، مسیری بوده که صنعت الکترونیک همیشه دنبال کرده است. تغییر رویه به سوی سیستم‌های روشنایی LED کم مصرف نمونه خوبی از این روند است. راهبرد دیگر، توسعه دستگاه‌هایی است که بتوانند انرژی خود را تامین کنند. ایده اصلی در اینجا استفاده از موادی است که اثرات پیزوالکتریک و تریبوالکتریک را برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی به کار گیرند. مواد پیزوالکتریک وقتی تحت فشار مکانیکی قرار می‌گیرند، بار الکتریکی ایجاد می‌کنند، در حالی که اثر تریبوالکتریک تجمع بارها روی دو ماده متفاوت پس از تماس با یکدیگر است.
نانوژنراتورهای پیزوالکتریک (PENG)، نانوژنراتورهای تریبوالکتریک (TENG) و حتی دستگاه‌های هیبرید پیزو-تریبوالکتریک ترکیبی (HNG) که قابلیت برداشت انرژی را فراهم کرده‌اند، با هدف تغذیه ادوات الکترونیکی کم مصرف توسعه داده شده‌اند. این دستگاه‌ها عموماً به مواد دی‌الکتریک نیاز دارند که قطبیت خود را حفظ کنند و موادی با خواص فرومغناطیس برای این کار مناسب هستند.
به تازگی مقاله‌ای در نشریهNano Energy به چاپ رسیده است که در آن محققان موسسه علم و فناوری دائگو گیونبوک (DGIST) از موسسه فناوری کره و هند، یک فیلم کامپوزیتی تولید کرده‌اند که می‌تواند در ترکیب با سایر مواد برای تولید انرژی مورد استفاده قرار گیرد. این فیلم نانوکامپوزیتی با استفاده از روشی مقرون به صرفه ساخته شده‌است که در آن یک ماده چند فروئیک، بیسموت تیتانات Bi4Ti3O12 (یا BiTO)، با یک پلیمر تریبوالکتریک انعطاف‌پذیر (PDMS) ترکیب شده است.
پروفسور هوجون کیم از DGIST، که این مطالعه را رهبری می‌کند، توضیح می‌دهد: «انگیزه اصلی ما در پشت این کار، توسعه یک ماده چند فروئیک در دمای اتاق بود که دارای توان بالایی در ترکیب با دیگر مواد بوده و بتواند ساختار برداشت انرژی ایجاد کند.»
محققان با ساندویچ کردن فیلم BiTO-PDMS بین لایه‌های آلومینیومی، ساختار هیبرید پیزو-تریبوالکتریک ترکیبی ساختند که هنگام فشار و رهاسازی، بار الکتریکی تولید می‌کند.
اما چگونه این لایه‌های متعدد جریان ایجاد می‌کنند؟
پاسخ در خواص فیلم و واکنش آن به عملکرد مکانیکی نهفته است. لایه‌ها به‌عنوان الکترود عمل می‌کنند و با فشار دادن و رها شدن، طبیعت پیزوالکتریک و تریبوالکتریک فیلم با یکدیگر هم‌افزایی می‌کنند تا بارهایی روی الکترودها ایجاد کرده و ولتاژ ایجاد کنند. این اثر هم‌افزایی باعث افزایش عملکرد برداشت انرژی شد. با استفاده از چندین مورد از این ساختارهای هیبرید پیزو-تریبوالکتریک ترکیبی، محققان یک دستگاه هیبرید پیزو-تریبوالکتریک ترکیبی ساختند که قادر به تغذیه یک ساعت مچی و یک ماشین حساب بود.
پروفسور کیم با هیجان از اهمیت این مطالعه می‌گوید: «برای اولین بار مواد چندفروئیک تک فاز با ثابت دی‌الکتریک بالا در دمای اتاق به‌دست آمد.»
با پیشرفت به‌منظور بهبود عملکرد برداشت انرژی از نانوژنراتورها، این دستگاه‌های کوچک می‌‌توانند در آینده نیاز به باتری‌ها را در بسیاری از موارد از بین ببرند و لوازم الکترونیکی را پایدارتر و خودکفا کنند.
