โชคไม่ดีที่การยืนขวางทางของการใช้งานดังกล่าวเป็นความท้าทายชิ้นใหญ่ชิ้นที่สองของความท้าทายในการกำจัดพลังงาน: การจับพลังงานรอบข้างเพียงเล็กน้อยอย่างมีประสิทธิภาพ“อุปกรณ์ส่วนใหญ่ในขณะนี้มีประสิทธิภาพเพียง 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น” ไรท์กล่าว นั่นทำให้พวกเขาแข่งขันในตลาดกับแบตเตอรี่ที่มีอายุการใช้งานยาวนานได้ยากเครื่องเก็บขยะแบบเพียโซอิเล็กทริกทั่วไปที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคนิค MEMS มีชุดคานยื่นแบบไมโครสโคป ซึ่งมีผลคือกระดานดำน้ำขนาดเล็กที่บิดเบี้ยวเมื่อเกิดการสั่นสะเทือน ในทางกลับกันการสั่นเหล่านั้นจะทำให้คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกเกิดความเครียดและสร้างแรงดันไฟฟ้า แต่เมื่อคานยื่นมีขนาดเล็กขนาดนี้ การสั่นของพวกมันจะเกิดขึ้นเป็นจำนวนหลายพันรอบต่อวินาที เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วการสั่นสะเทือนโดยรอบจะมีความถี่ไม่กี่ร้อยรอบต่อวินาที จึงไม่ได้ทำให้
คานยื่นเคลื่อนไหวได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การวิจัยจำนวนมากได้พัฒนาความพอดีดังกล่าว โดยส่วนใหญ่โดยการปรับแต่งโครงสร้างของอุปกรณ์เพื่อเปลี่ยนเสียงสะท้อนตามธรรมชาติของคานเท้าแขนลงไปสู่ความถี่ที่มีประโยชน์มากขึ้น ไรท์กล่าว
ในขณะเดียวกัน นักวิจัยยังได้มองหาทางเลือกที่มีประสิทธิภาพมากกว่าและเป็นพิษน้อยกว่าสำหรับวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่ใช้บ่อยที่สุด ซึ่งเรียกว่าทั้งตะกั่วเซอร์โคเนียมไททาเนตและ PZT เนื้อหาตะกั่วทำให้การใช้งานเป็นปัญหาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเซ็นเซอร์ที่ฝังไว้
ตัวอย่างเช่น ที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งจอร์เจียในแอตแลนตา Zhong Lin Wang และกลุ่มของเขากำลังพัฒนาเครื่องกำจัดพลังงานระดับนาโนแบบใหม่ที่อิงจากซิงค์ออกไซด์ ซึ่งเป็นวัสดุที่รู้จักกันดีที่สุดสำหรับใช้ในครีมกันแดด เมื่อมองจากภายนอกแล้ว ซิงค์ออกไซด์ไม่ได้เกือบจะเป็นเพียโซอิเล็กทริกที่ดีเท่ากับ PZT “แต่มันเป็นทั้งเพียโซอิเล็กทริกและเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งหายากมาก” วังกล่าว
เพื่อแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติเหล่านี้สามารถทำงานร่วมกันได้อย่างไร
เขาและทีมของเขาได้ปลูกป่าที่มีสายนาโนซิงค์ออกไซด์ตั้งตรง ซึ่งแต่ละเส้นเป็นคริสตัลที่สมบูรณ์แบบ จากนั้น นักวิจัยลดอาร์เรย์ของอิเล็กโทรดระดับนาโนที่แหลมคมที่ประดิษฐ์ขึ้นด้วยเทคนิคที่คล้ายกัน เหลือพื้นที่เพียงพอเพื่อให้เมื่อเส้นลวดนาโนโค้งงอ พวกมันสัมผัสกับปลายอิเล็กโทรด
เมื่อการสั่นสะเทือนโดยรอบหรือพลังงานเชิงกลอื่นๆ ทำให้เส้นลวดนาโนหักเห พวกมันจะสร้างแรงดันเพียโซอิเล็กทริกที่เคลื่อนประจุภายในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ในระหว่างการสัมผัสเป็นระยะระหว่างเส้นลวดนาโนและอิเล็กโทรด ประจุเหล่านั้นจะเคลื่อนเข้าสู่อิเล็กโทรด
ผลกระทบนี้อาจเป็นพื้นฐานของเครื่องกำจัดพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 30 เปอร์เซ็นต์ Wang คาดการณ์ “ผมตั้งความหวังไว้สูงว่าเราจะสามารถวางตลาดเครื่องกำเนิดนาโนซิงค์ออกไซด์เชิงพาณิชย์ได้ภายใน 3 ปี” เขากล่าว
เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่เกิดจากความล้าของโลหะ ขณะนี้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวบนเฮลิคอปเตอร์ โดยเฉพาะใบพัด จะถูกเปลี่ยนตามกำหนดเวลาที่กำหนดโดยจำนวนชั่วโมงบินที่ยานพาหนะได้บันทึกไว้ “แต่การติดตามความล้าที่เกิดขึ้นจริงและเปลี่ยนใบมีดเมื่อจำเป็นนั้นถูกกว่าและปลอดภัยกว่ามาก ซึ่งอาจนานกว่ากำหนดการที่กำหนดไว้หรือเร็วกว่านั้น” Arms กล่าว “เมื่อเดือนกุมภาพันธ์ที่ผ่านมา เราประสบความสำเร็จในการทดสอบการบินของเซนเซอร์ตรวจจับความเครียดแบบไร้สาย ซึ่งได้รับพลังทั้งหมดจากการสั่นสะเทือนระหว่างการทำงานปกติของเฮลิคอปเตอร์”
การตรวจสอบความสมบูรณ์ของโครงสร้างดังกล่าวมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเครื่องจักรอุตสาหกรรมทุกประเภท Shashank Priya จาก University of Texas at Arlington กล่าว และเป็นเจ้าภาพจัดการประชุมเชิงปฏิบัติการประจำปีเกี่ยวกับการไล่เก็บพลังงานเพียโซอิเล็กทริก แท้จริงแล้ว การตรวจสอบโครงสร้างอาจเป็นการใช้งานเชิงพาณิชย์ที่สำคัญที่สุดของเซ็นเซอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยแรงสั่นสะเทือน
“มีเซ็นเซอร์ 3,000 ถึง 6,000 ตัวในเครื่องบินขับไล่ไอพ่นหรือเครื่องบินพาณิชย์สมัยใหม่” ไปรยากล่าว “ปัจจุบัน อุปกรณ์ทั้งหมดมีสายสำหรับรับข้อมูล โดยมักมีแบตเตอรี่สำหรับจ่ายไฟ แต่นั่นเป็นเรื่องยาก: เครื่องบินเต็มไปด้วยสายไฟ สายไฟและเซ็นเซอร์ต้องได้รับการตรวจสอบด้วยตนเองบ่อยครั้งมาก และการซ่อมแซมหากมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้นก็เป็นเรื่องที่น่าเบื่อมาก” หากเซ็นเซอร์ไร้สายและสามารถจ่ายไฟเองได้ ปัญหาต่างๆ จะหายไป
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
