De productie van apparaten op nanoschaal is drastisch toegenomen met de opkomst van technologische toepassingen, toch is een groot nadeel van de functionaliteit van systemen van nanoformaat de behoefte aan een even kleine energiebron.

Om in deze behoefte te voorzien, Hamid Foruzande, Ali Hajnayeb en Amin Yaghootian van de Shahid Charmran Universiteit van Ahvaz in Iran hebben nieuwe piëzo-elektrische energieoogsttechnologie (PEH) op nanoschaal gemodelleerd. In hun recente artikel, deze week gepubliceerd in AIP-vooruitgang , het team bepaalde hoe kleinschalige afmetingen van invloed zijn op niet-lineaire trillingen en PEH-spanningsoogst.

Piëzo-elektrische materialen wekken elektriciteit op door mechanische belasting toe te passen, en worden overal in gebruikt, van mobiele telefoons tot ultrasone transducers. Deze elektriciteit kan ook worden opgewekt door door trillingen veroorzaakte spanningen, waardoor wetenschappers PEH's kunnen maken. Deze PEH's kunnen worden geminiaturiseerd tot een micro- of nanogrootte en worden gebruikt in combinatie met apparaten op nanoschaal.

"Vandaag de dag, de behoefte aan nieuwe geminiaturiseerde draadloze sensoren groeit. Deze MEMS-sensoren [Micro-Electro Mechanical Systems] of NEMS [Nano-Electro Mechanical Systems]-sensoren hebben meestal een stroombron van hun formaat nodig, ' zei Hajnayeb.

Het oogsten van piëzo-elektrische energie is een bekend proces om energie die in een omgeving beschikbaar is om te zetten in energie die kleine elektrische apparaten van stroom kan voorzien. traditioneel, deze is gebruikt voor het opwekken van een zelfvoorzienende energievoorziening. Zelfvoorziening is zeer wenselijk voor apparaten op nanoschaal vanwege de gecompliceerde aard van het vervangen van kleine energiesystemen.

PEH's winnen aan populariteit voor toepassingen op nanoschaal vanwege hun relatief eenvoudige structuren, hogere energiedichtheden en het vermogen om gemakkelijk te worden verkleind. Modellen op macroschaal zijn uitgebreid bestudeerd en vormden een sterk basispunt om modellen op nanoschaal te produceren. Forzande, Hajnayeb en Yaghootian profiteren van deze aanpasbare eigenschappen en hebben PEH-modellen op nanoschaal gegenereerd op basis van niet-lokale elasticiteitstheorie.

"Het is noodzakelijk om deze theorie te gebruiken voor andere systemen op nanoschaal en ook voor de sensoren op nanoschaal, die piëzo-elektrische materialen gebruiken, "Zei Hajnayeb. "Ze hebben dezelfde heersende theorie die we in ons artikel gebruiken."

Het onderzoeksteam bestudeerde niet-lineaire trillingen en spanning op basis van niet-lokale elasticiteitstheorie, die stelt dat een puntspanning afhankelijk is van de rek in een gebied rond dat punt. Met behulp van deze theorie, ze konden niet-lineaire bewegingsvergelijkingen afleiden met eenvoudige oplossingen. Hun resultaten toonden aan dat het toevoegen van een nanostraalpuntmassa en het verhogen van de schaalfactor de gegenereerde spanning en trillingsamplitude zou verhogen, dus het verhogen van de energie-output.

Het modelleren van PEH's op micro- en nanoschaal kon ook onthullen welke impact de grootte-effecten hadden op de output die ze konden verwachten. De onderzoekers ontdekten dat de fout van het verwaarlozen van de grootte significant is bij het vergelijken van macro- en micro-PEH's. Het negeren van verschillende grootte-effecten resulteerde in lagere schattingen van PEH-trillingen.

Sensortechnologie op nanoschaal wordt een hot item in de wetenschappelijke industrie vanwege de uitgebreide toepassingen. Met toepassingen in de geneeskunde, Engineering, natuurkunde en meer, nanotechnologie heeft veel te winnen bij het gebruik van een stabiele energiebron, zoals deze nieuw gemodelleerde PEH's.