Vật liệu áp điện là vật liệu tiềm năng với nhiều chức năng như cảm biến hay thu năng lượng. Tuy nhiên chúng thường trở nên kém hiệu quả ở nhiệt độ cao, làm hạn chế việc sử dụng trong các môi trường như động cơ hoặc thám hiểm không gian. Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Penn State và QorTek đã phát triển một thiết bị áp điện mới vẫn giữ được hiệu quả cao ở nhiệt độ cao.
.jpg)
Vật liệu áp điện là vật liệu tiềm năng với nhiều chức năng như cảm biến và thu năng lượng (Ảnh chỉ mang tính chất minh họa. Nguồn: Internet)Clive Randall, Giám đốc Viện Nghiên cứu Vật liệu của Bang Penn (MRI), đã hợp tác phát triển vật liệu và thiết bị với các nhà nghiên cứu từ QorTek, thị trấn State College và công ty có trụ sở tại Pennsylvania chuyên về các thiết bị vật liệu thông minh và điện tử công suất mật độ cao.
Randall nói: “Mong muốn của NASA là làm thế nào để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử ở những nơi xa xôi, nơi khó tiếp cận pin để thay thế. Họ cũng muốn các cảm biến tự cung cấp năng lượng để giám sát các hệ thống như độ ổn định của động cơ và để các thiết bị này hoạt động trong quá trình phóng tên lửa và các tình huống nhiệt độ cao khác khi áp suất hiện tại bị lỗi do nhiệt."
Vật liệu áp điện tạo ra điện tích khi bị nén nhanh bởi lực cơ học trong quá trình rung hoặc chuyển động, chẳng hạn như từ máy móc hoặc động cơ. Đây có thể coi như cảm biến để đo những thay đổi về áp suất, nhiệt độ, biến dạng hoặc gia tốc. Áp điện có thể cung cấp năng lượng cho một loạt thiết bị từ thiết bị điện tử cá nhân như thiết bị đeo tay cho đến cảm biến ổn định cầu nối.
Nhóm nghiên cứu đã tích hợp vật liệu này vào một phiên bản của công nghệ thu hoạch năng lượng áp điện được gọi là bimorph cho phép thiết bị hoạt động như một cảm biến, một bộ thu năng lượng hoặc một thiết bị truyền động. Một bimorph có hai lớp áp điện được định hình và lắp ráp để tối đa hóa việc thu năng lượng hiệu quả. Các bộ cảm biến và máy thu năng lượng tạo ra tín hiệu điện để đo lường hoặc hoạt động như một nguồn điện trong khi bẻ cong cấu trúc bimorph.
Thành phần vật liệu áp điện mới do các nhà nghiên cứu phát triển đã cho thấy hiệu suất hiệu quả gần như không đổi ở nhiệt độ lên đến 482 độ F (250 độ C). Ngoài ra, trong khi hiệu suất giảm dần trên 482 độ F (250 độ C), vật liệu vẫn hoạt động như một bộ thu năng lượng hoặc cảm biến ở nhiệt độ trên 572 độ F (300 độ C), theo báo cáo trên Tạp chí Vật lý Ứng dụng.
Theo Randall, một lợi ích khác của vật liệu này là mức sản xuất điện cao không ngờ. Mặc dù hiện tại, máy thu năng lượng áp điện chưa đạt đến cấp độ của các nhà sản xuất điện hiệu quả như pin mặt trời, nhưng hiệu suất của vật liệu mới đủ mạnh để mở ra khả năng cho các ứng dụng khác.
Randall nói: “Phần sản xuất năng lượng của vật liệu này rất ấn tượng, cho thấy hiệu suất hoạt động kỷ lục như một máy thu năng lượng áp điện. Điều này cho phép việc cung cấp năng lượng liên tục, không cần pin trong môi trường tối hoặc che khuất như bên trong hệ thống ô tô hoặc thậm chí là cơ thể người."
Chương trình Chuyển giao Công nghệ Doanh nghiệp Nhỏ của Cơ quan Quản lý Hàng không và Vũ trụ Quốc gia và Quỹ Khoa học Quốc gia, Hoa Kỳ đã tài trợ cho nghiên cứu này.
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210203162242.htm
Trần Hà (Theo ScienceDaily)
