وقتی نور و فشار همزمان برق تولید می کنند به گزارش دیجیتالر، دانشمندان بتازگی موفق به ساخت نوعی «نانوژنراتور انعطاف پذیر» شده اند، دستگاهی خیلی باریک که با فشردن یا کشیدن خود می تواند برق تولید نماید. این فناوری بر پایه ترکیب نوآورانه دو ماده نانویی تولید شده است: لایه های اتمی بروفین و دی سولفید مولیبدن. نتیجه کار یک ساختار دو بعدی است که ظرفیت تولید ولتاژ تا ۲۲ ولت را دارد و با این وجود می تواند جریان قابل توجهی تامین کند. به گزارش دیجیتالر به نقل از ایسنا، این موفقیت گامی مهم در راه ساخت حسگرها و دستگاههای الکترونیکی خودتوان (self-powered) و منعطف است که می تواند آینده گجت های پوشیدنی و سنسورهای نوری را دگرگون کند. در دنیای امروز، تقاضا برای دستگاههای الکترونیکی سبک، منعطف و خودکفا مثل ساعات هوشمند، سنسورهای پوشیدنی یا سنجش گرهای محیطی روز به روز بیشتر می شود. اما تأمین برق این گجت ها اغلب به باتری یا منبع خارجی وابسته است که وزن، حجم و نیاز به شارژ را زیاد می کند. محققان در جست وجوی راه هایی هستند تا این دستگاه ها بتوانند از انرژی محیط مثل حرکات کوچک بدن، ارتعاشات یا فشار محیط، برق تولید کنند. اینجاست که نانومواد و خاصیت «پیزوالکتریک» وارد صحنه می شوند: موادی که با تغییر شکل مکانیکی (فشار، خم شدن) بار الکتریکی تولید می کنند. ساختن یک «نانوژنراتور» (nanogenerator) با چنین مواد دو بعدی پیشرفته می تواند امکان تولید برق پایدار و قابل اعتماد از حرکات ساده را فراهم آورد و همین، کلید ورود به نسل جدید دستگاههای خود-توان و بسیار سبک است. اما رسیدن به چنین دستگاهی کار ساده ای نیست: ماده باید هم منعطف باشد، هم واکنش پذیری الکتریکی خوب داشته باشد، هم ساختارش پایدار و قابل تولید باشد. پژوهش جدیدی که در مجله Communications Materials انتشار یافته، دقیقا چنین دستاوردی را گزارش می دهد. در این پروژه، محققان ابتدا لایه های نانویی از MoS₂ و بوروفین تولید کرده اند. MoS₂ از پیش ماده ای شناخته شده در میان مواد دو بعدی است: لایه هایی بسیار نازک که در آن اتم های مولیبدن (Mo) بین دو صفحه از گوگرد (S) قرار دارند و لایه ها با نیروی ضعیف «وان دروالز» کنار هم نگه داشته می شوند. اما بوروفین ماده ای جدیدتر است: یک ورقه اتمی بسیار سبک از بور که ساختار ویژه ای دارد با ترکیب اشکال مثلثی و شش ضلعی و تلفیقی از خواص جالب: استقامت بالا، انعطاف پذیری، سبکی و در بعضی ساختارها، توانایی رسانایی الکتریکی. مهم ترین نکته این است: محققان این دو ماده را نه به شکل جداگانه، بلکه با هم «آمیخته» کرده اند و یک «heterostructure» دوبعدی بر پایه لایه های نانویی بوجود آورده اند. در این ساختار، لایه های MoS₂ و بوروفین با نیروی ضعیف واندروالس روی هم قرار گرفته اند، یعنی بدون نیاز به تطابق دقیق کریستالی در سطح اتمی و با حفظ خواص ویژه هر لایه. به کمک میکروسکوپ الکترونی با قدرت تفکیک بالا و طیف نگاری رامان، محققان ثابت کردند که این لایه ها به درستی روی هم سوار شده اند و علاوه بر خصوصیت های هر ماده، خصوصیت های جدیدی در سطح مشترک آنها ظاهر شده است. بعد از ساخت این ساختار نانویی، این تیم تحقیقاتی آنرا در چارچوب یک نانوژنراتور منعطف روی زیرلایه ای از پلاستیک (PET) و با ماتریس پلیمری (PDMS) ساختند. این دستگاه با فشردن یا اعمال فشار عمودی (مثلاً با وزن ۱ کیلوگرم) توانست ولتاژی تا ۲۲ ولت و چگالی جریان ۳۴ میکروآمپر بر سانتی متر مربع تولید نماید، یعنی عملکردی تقریبا ده برابر بهتر از هر کدام از مواد اولیه به تنهایی. علاوه بر این، بازده تبدیل انرژی این دستگاه حدود ۳۷ درصد گزارش شده است، عددی بسیار بالا برای یک نانوژنراتور. اما نکته جالب تر: وقتی این نانوژنراتور تحت فشار مکانیکی و با این حال در معرض نور فرابنفش (UV) قرار گرفت، خروجی آن به صورت قابل توجهی افزایش پیدا کرد. این یعنی ساختار heterostructure نه فقط برای تولید برق از فشار، بلکه برای کاربرد به عنوان «سنسور خود-توان حساس به نور» هم مناسب می باشد. علت این تقویت عملکرد تحت نور هم در ترکیب خاص این دو ماده نهفته است: MoS₂ تقریبا نیمه هادی نوع n و بوروفین نیمه هادی نوع p هستند، بدین سبب وقتی کنار هم قرار می گیرند، یک « پیوند p–n » تشکیل می شود که سبب جداسازی کارآمد الکترون ها و حفره ها می شود. تحت فشار، «پیزوپتانسیل» ایجاد می شود و تحت نور UV هم جفت الکترون-حفره تولید می شود و این ترکیب منجر به خروجی بالا و قوی می شود. همینطور مطالعات نشان داده اند که در این heterostructure، «گپ انرژی» (band gap) نسبت به مواد اولیه کاسته شده است، یعنی انرژی موردنیاز برای انتقال الکترون کاسته شده است. این امر به بهبود انتقال بار الکتریکی کمک کرده و احیانا یکی از دلایل تأثیرگذار در خروجی بالای نانوژنراتور است. پژوهش انجام شده در مؤسسه CSIR-AMPRI با ترکیب borophene و MoS₂ در چارچوب یک ساختار ۲ بعدی heterostructure۶ نشان داد که میتوان نانوژنراتوری منعطف، کارآمد و خودتوان ساخت. این نانوژنراتور با فشار ساده توانایی تولید ولتاژ و جریان مناسب دارد و تحت نور UV حتی خروجی اش بهتر می شود یعنی می تواند به سنسورهای نور و فشار بدون باتری تبدیل گردد. این کار گامی مهم بسمت گجت ها و سنسورهای آینده است: سبک، منعطف، خودتوان و با عملکرد بالا. منبع: digitaler.ir 1404/09/21 14:56:36 5.0 / 5 5 تگهای خبر: الكترونیك , باتری , تولید , دستگاه این مطلب دیجیتالر را می پسندید؟ (1) (0) X تازه ترین مطالب مرتبط راه جایگزین وزیر ارتباطات برای فیلترینگ دستور سازمان حمایت برای توقف افزایش غیرقانونی قیمت اینترنت ماده ساخت دانشمند ایرانی، دی اکسید کربن را جذب می کند جک پنوماتیک در خطوط تولید صنایع دارویی کامنت بینندگان دیجیتالر در مورد این مطلب کامنت شما در مورد این مطلب نام: ایمیل: کامنت: سوال: = ۶ بعلاوه ۴