انقلاب در نسل جدید الکترونیک/ تولید ۸۳ درصد ولتاژ بالاتر با ژل الکتریکی

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینرینگ، افزایش تقاضا برای دستگاه‌های انعطاف‌پذیر محققان را بر آن داشت تا با موادی که آینده الکترونیک را شکل می‌دهند، ساخت دستگاه‌های پوشیدنی و رباتیک نرم را آزمایش کنند.

تیمی از محققان مؤسسه ملی علوم مواد (NIMS)، دانشگاه هوکایدو و دانشگاه داروسازی میجی، یک ژل «الکترت» (electret) تولید کرده‌اند که می‌تواند به طور پایدار یک بار الکتریکی بزرگ را حفظ کند.

الکترت یک ماده دیالکتیکی است که می‌تواند بار الکتریکی را ذخیره کند، اما به عنوان رسانا ضعیف است.

سپس این تیم این ژل را با الکترود‌های بسیار انعطاف پذیر ترکیب کردند تا حسگری ایجاد کنند که قادر به درک ارتعاشات فرکانس پایین (به عنوان مثال ارتعاشات ایجاد شده توسط حرکت انسان) و تبدیل آنها به سیگنال‌های ولتاژ خروجی است. این دستگاه ممکن است به طور بالقوه به عنوان یک حسگر مراقبت‌های بهداشتی پوشیدنی استفاده شود.

محققان ژاپنی راه را (یک شاهکار شیمی) برای توسعه کلاس خاصی از مایعات و ژل الکتریکی به نام آلکیل-پی (Alkyl-π) هموار کردند.

تولید کلاس جدیدی از مایع و ژل

تاکاشی ناکانیشی از موسسه ملی علوم مواد توضیح می‌دهد که «مایعات آلکیل-پی و ژل‌های آلکیل-پی به عنوان نسل جدیدی از مواد نرم کاربردی که عملکرد‌های نوری الکترونیکی مانند درخشندگی، رسانایی نوری، خواص الکتروکرومیک و الکتریک را نشان می‌دهند، توجه را به خود جلب می‌کنند.»

از نظر عملکردی، مایعات آلکیل-پی موادی هستند که بار الکتریکی را حفظ می‌کنند و حتی می‌توانند روی مواد دیگر رنگ آمیزی شوند. با این حال، از آنجایی که این ماده در حال حاضر در حال توسعه است، آنها با برخی از مشکلات مایع به عنوان حامل مواجه شدند.

هنگامی که این مایعات با الکترود‌ها برای ایجاد دستگاه‌های انعطاف‌پذیر ترکیب می‌شوند، ثابت‌کردن و آب‌بندی آنها مشکل است و منجر به مشکلات نشت می‌شود. علاوه بر این، ظرفیت نگهداری بار الکترواستاتیک مایعات آلکیل-پی باید افزایش یابد تا قابلیت‌های تولید برق آنها بهبود یابد.

آنها توانستند با تبدیل مایع به ژل مشکل را حل کنند.

بنابراین، محققان ژل جدیدی ساخته اند که متعلق به کلاس جدیدی از مواد است. آنها توانستند با افزودن الکترود‌های انعطاف پذیر، یک فیلم فلزی مانند Ag-AgCI که بر روی یک بستر انعطاف پذیر اعمال می‌شود، از این ژل خاص حسگر بسازند.

این حسگر ژل می‌تواند ارتعاشات فرکانس پایین مانند حرکت انسان را دریافت کند و حتی آنها را به سیگنال‌های ولتاژ خروجی تبدیل کند. توسعه‌ای مانند این ممکن است نیاز به منابع انرژی خارجی را برطرف کند. اما آیا این به معنای مصرف انرژی کمتر است؟ شاید!

ژل الکتریکی بهتر از مایع عمل می‌کند

در مقایسه با مایع، مدول ذخیره سازی الاستیک این ژل ۴۰ میلیون برابر مشابه مایع آن است و می‌توان آن را تثبیت و آب بندی کرد.

آنها حتی ۲۴ درصد قدرت الکتریکی ژل را بهبود دادند، زیرا ژل شارژ الکتریکی را بهتر از مایع نگه می‌دارد. هنگامی که آنها موفق به ایجاد آن شارژ شدند، الکترود‌های انعطاف پذیر را برای ایجاد یک حسگر ارتعاشی اضافه کردند.

این حسگر قادر به درک ارتعاشات با فرکانس‌های کمتر از ۱۷ هرتز و تبدیل آنها به ولتاژ خروجی ۶۰۰ میلی‌ولت است که ۸۳ درصد بیشتر از ولتاژ تولید شده توسط یک حسگر مبتنی بر الکترت مایع آلکیل-پی است.

در مرحله بعد، تیم ژاپنی حسگر‌های پوشیدنی با شارژ‌های قوی‌تر از ژل را توسعه خواهند داد؛ و همانطور که بیانیه مطبوعاتی به پایان می‌رسد، قابل استفاده مجدد و بازیافت است. بنابراین، این ژل جدید به تلاش‌های جمعی دانشمندان برای توسعه فناوری‌های انعطاف‌پذیر جدید می‌پیوندد که از نظر محیطی نیز سازگار هستند.

آنها قصد دارند پس از تکمیل این مواد، مواد جدید را برای مراقبت‌های بهداشتی، رباتیک و حسگری ارائه دهند.