تولید برداشت کننده منعطف انرژی الکتریکی با قابلیت شارژ

به گزارش خبرنگار حوزه دانشگاه گروه علمی فرهنگی هنری خبرگزاری صدا و سیما به نقل از روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، آقای محمد سجاد سرایانی بافقی دانشجوی مقطع دکتری دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «تحلیل عملی و نظری عملکرد برداشت انرژی الکتریکی از لایه‏های الیافی پلی‌وینیلیدین‌فلوراید» گفت: در دهه‎های اخیر تغییرات چشمگیری در بسیاری از شاخه ‏های علم و صنعت رخ داده‏است که تأثیر فراوانی بر زندگی انسان‌ها گذاشته است و این گسترش سریع فناوری منجر به نزدیک شدن شاخه‌های مختلف علم به یکدیگر شده‌‏است.

 

وی افزود: سازه‏‌های لیفی هوشمند از جمله دستاورد‌های فناوری امروزی است که در زمینه‏‌های مختلفی کاربرد دارد.

 

آقای سرایانی اضافه کرد: یکی از مهم‏ترین موادی که جهت تولید این سازه ‏های هوشمند استفاده می ‏شود، پیزوالکتریک‏ها - موادی با قابلیت تبدیل انرژی الکتریکی و مکانیکی به یکدیگر - هستند.

 

به گفته وی، تاکنون مطالعه ‏های گوناگونی درخصوص سامانه ‏های پیزوالکتریک‏ و کاربرد‌های آن‏ها در حوزه‏‌های مختلف صورت گرفته است که اغلب به بهینه ‏سازی ماده پیزوالکتریک یا پیکربندی سامانه پرداخته شده‌است. در این میان برخی از پژوهش‏ها نیز با تمرکز بر حسگر‌ها و مبدل‏های منعطف پیزوالکتریک انجام شده ‏است.

 

وی با بیان اینکه با وجود آنکه هدف نهایی این مطالعه‏‌ها و سرانجام آن‌ها ارائه یک محصول است، تا کنون تحقیق مشخصی در خصوص رفتار این سامانه‏‌ها در حین استفاده و با گذر زمان صورت نگرفته است و جای خالی این مسأله‏‌ی بسیار مهم همچنان احساس می‎شود، گفت: به همین دلیل هدف اصلی در این مطالعه بررسی عملکرد سامانه در زمان استفاده است تا تعیین شود که سامانه‏‌های منعطف پلیمری پیزوالکتریک، تا چه زمان بدون افت خصوصیت قابل بهره‎گیری هستند و ویژگی آن‏ها در طول استفاده، دچار چه تغییر‌هایی می ‏شوند. 

 

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: به بیان دیگر طول عمر مفید این مواد هوشمند به خصوص در کاربرد‌های مبدل و حسگر منعطف چه مقدار است. همچنین در این تحقیق یک مدل ریاضی بر اساس رابطه اساسی پیزوالکتریک‏ها ارائه شد که امکان پیش‏بینی، تحلیل و بهینه‏ سازی عملکرد سامانه‏‌های الیافی تولید شده از پلیمر‌های پیزوالکتریک را فراهم می‏ سازد.

 

آقای سرایانی ادامه داد: در این تحقیق در نخستین گام یک دستگاه ارزیابی کننده خاصیت پیزوالکتریک به نام PiezoTester، برای نخستین بار در ایران، طراحی و ساخته شد. این دستگاه نه تنها در این طرح مورد استفاده قرار گرفت، بلکه به پیشبرد طرح‏‌های متعددی در سایر دانشکده‏های دانشگاه امیرکبیر کمک شایانی کرد. اکنون تیم‏‌های تحقیقاتی متعددی برای ارزیابی نمونه‏‌های تولیدی در طرح‏ هایشان از این دستگاه در دانشگاه صنعتی امیرکبیر، استفاده می ‏کنند.

 

وی گفت: در ادامه طرح، خواص مکانیکی و الکتریکی سامانه‏‌های پیزوالکتریک الیافی مورد ارزیابی قرار گرفت و تغییرات آن‏ها در حین استفاده در فرکانس ‏ها و سیکل‌های مختلف استفاده مورد بررسی قرار گرفت که نتایج جالب و چشمگیری داشت. 

 

وی با اشاره به نتایج گفت: نتیجه‏‌ها نشان داد که در سیکل‏‌های متمادی نه تنها خواص افت نمی‏ کنند بلکه بهبود می ‏یابد.

در آخرین گام طرح، مدل ریاضی ارائه شد که برای نخستین بار ارتباطی بین ویژگی‏‌های ساختاری لایه‌ی الیاف، خاصیت مکانیکی الیاف و خاصیت پیزوالکتریک مواد با یکدیگر برقرار کرد. مدل ارائه شده علاوه بر کمک به تحلیل رفتار سامانه الیافی پیزوالکتریک، تأثیر چشمگیری در طراحی و بهینه ‏سازی فرآیند تولید سامانه و تجاری ‏سازی آن‏ها در هر سطح از حساسیت مطلوب خواهد کرد و سبب صرفه‏ جویی در زمان و مواد اولیه خواهد شد.

 

وی گفت: برای انجام این طرح، پس از تولید سامانه ‏های پیزوالکتریک الیافی بر اساس مطالعه‏‌های پیشین، بستر‌ها در فرکانس، سیکل و بازه ‏های زمانی مختلف تحت بارگذاری قرار گرفتند و خاصیت پیزوالکتریک و مکانیکی آن‏ها مورد ارزیابی قرار گرفت.

در وهله اول، خروجی این تحقیق در فناوری منسوجات هوشمند و ساخت حسگر‌ها و مبدل‌های منعطف قابل استفاده است. همچنین خروجی این تحقیق در مهندسی پزشکی در شاخه‏‌های مهندس بافت و کاشت سلول و طراحی ابزار الکترونیکی کاشته شده در بدن نیز قابل استفاده است.

 

وی در خصوص نتایج این کار گفت: ادامه این تحقیق را می‏ توان در دو حوزه منسوج ‏های هوشمند و مهندسی پزشکی ادامه داد. در حوزه مهندسی پزشکی ادامه مسیر به صورت انجام آزمایش‌های in vitro، in vivo و درنهایت آزمایش‏‌های حیوانی است. در بخش منسوج هوشمند در مرحله بعدی لازم است تا لایه و سامانه به منظور پیاده‏ سازی برروی لباس بهینه شده و یک نمونه نیمه صنعتی از لباس طراحی گردد. 

 

وی در خصوص مزیت‏‌های رقابتی طرح گفت: تمرکز بر یکنواختی عملکرد و طول عمر سامانه‌ها و همچنین ارائه یک مدل ریاضی که امکان بهینه‏ سازی و پیش‏ بینی رفتار سامانه را فراهم می‏سازد از جمله مزایای رقابتی طرح به شمار می‏ رود.

 

وی در خصوص کاربرد‌های این طرح گفت: نتایج این طرح در حوزه ‏های منسوجات هوشمند و همچنین مهندسی پزشکی قابل استفاده است. علاوه براین خروجی این تحقیق در ابزار‌های میکروالکترونیک و گجت‌های پوشیدنی نیز کاربرد دارد.

 

گفتنی است استادان راهنمای این طرح آقایان دکتر مسعود لطیفی، دکتر عبدالحسین صادقی و استاد مشاور آن آقای دکتر روح ‏اله باقرزاده اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر بودند و بخشی از این طرح با همکاری دانشگاه‏ پیزای ایتالیا (UniPi) و مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) انجام شد.