آب بریزید، تکان دهید، برق تولید کنید

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، این دستگاه مبتنی بر آب می‌تواند انرژی حاصل از حرکت را به الکتریسیته تبدیل کند. در مقاله‌ای با عنوان Lightweight mobile stick-type water-based triboelectric nanogenerator with amplified current for portable safety devices که در نشریه Science and Technology of Advanced Materials به چاپ رسیده است محققان جزئیات ساخت این نانو ژنراتور تریبوالکتریک مبتنی بر آب را تشریح کردند که می‌تواند برای دستگاه‌های قابل حمل استفاده شود.

علاقه روزافزون به وسایل الکترونیکی کوچک تقاضای زیادی برای منابع انرژی قابل حمل ایجاد کرده است. یکی از راه‌های تولید انرژی، برداشت انرژی از محیط مانند انرژی حرارتی، خورشیدی یا مکانیکی است. دانشمندان برای گرفتن انرژی مکانیکی، نیرویی که یک جسم از موقعیت و حرکت خود دریافت می‌کند، نانو ژنراتور‌های تریبوالکتریک ساخته‌اند که می‌توانند الکتریسیته را از طریق اصطکاک تولید کنند.

سانگمین لی، مهندس مکانیک از دانشگاه چانگ‌انگ در کره‌جنوبی توضیح می‌دهد: «نانو ژنراتور‌های تریبوالکتریک به دلیل خروجی الکتریکی بالا، هزینه کم و دسترسی آسان یکی از مؤثرترین ابزار‌ها برای برداشت انرژی مکانیکی هستند.»

ژنراتور‌های تریبوالکتریک هنگامی که دو ماده غیرمشابه با هم برخورد کرده و سپس از هم جدا می‌شوند، بار الکتریکی ایجاد می‌کنند. به‌عنوان مثال، هنگامی که یک بادکنک روی لباس مالیده می‌شود، شارژ می‌شود و می‌تواند به اشیا بچسبد. با این حال، اصطکاک بین دو ماده ناگزیر باعث آسیب می‌شود و طول عمر دستگاه را کاهش می‌دهد.

استفاده از مایعات می‌تواند اصطکاک را کاهش دهد، اما ژنراتور‌های مبتنی بر مایع در مقایسه با ژنراتور‌های جامد خروجی الکتریکی بسیار کمتری دارند. همچنین بین بزرگ کردن دستگاه به اندازه کافی برای حرکت مایع و تولید الکتریسیته، و در عین حال اطمینان از جمع و جور بودن آن به اندازه کافی برای قابل حمل بودن، یک رابطه معکوس وجود دارد.

برای غلبه بر این مشکلات، لی و همکارانش در کره جنوبی و آمریکا یک ژنراتور سبک وزن، فشرده و مبتنی بر آب ساختند که می‌تواند در هنگام تکان دادن نیروی الکتریکی تولید کند.

ساختار این دستگاه دارای طراحی چوب مانند، ساده است و از ۱۰ میلی‌لیتر آب، یک سیلندر پلیمری و الکترود تشکیل شده است. مواد پلیمری ظرف دارای بار منفی است. هنگامی که دستگاه تکان می‌خورد، آب بالا و پایین می‌رود و بار مثبتی به دست می‌آورد که به الکترود‌ها منتقل می‌شود تا خروجی الکتریکی بالایی تولید کند.

این دستگاه کوچک و سبک وزن به دلیل مکانیزم و طراحی ساده می‌تواند در زندگی روزمره مورد استفاده قرار گیرد. لی توضیح می‌دهد که نیروی الکتریکی را می‌توان به سادگی با ریختن آب به ژنراتور و سپس تکان دادن آن تولید کرد.

محققان طرح‌های مختلف را آزمایش کردند، اندازه الکترودها، فضای فیزیکی بین آن‌ها و مقدار آب را برای تعیین ترکیب بهینه تغییر دادند. آن‌ها دریافتند که ظرف قابل حمل زمانی که فضای کافی برای حرکت آب و سطح الکترود بالایی داشته باشد، می‌تواند خروجی الکتریکی بالایی تولید کند که به ۷۱۰ ولت می‌رسد.

محققان نشان دادند که این ژنراتور می‌تواند ۱۰۰ چراغ ال‌ای‌دی را تغذیه کند، به این معنی که می‌توان از آن به‌عنوان چراغ ایمنی ترافیکی استفاده کرد که هنگام تکان دادن روشن می‌شود. این مطالعه پتانسیل نانو ژنراتور‌های تریبوالکتریک را برای استفاده در طیف وسیعی از کاربرد‌های روزمره نشان می‌دهد.