این پژوهش حاصل پایاننامه کارشناسی ارشد خانم مهندس فاطمه ایراننژاد، دانشجوی دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی اصفهان، تحت راهنمایی دکتر پرهام سلطانی و دکتر محسن شنبه، اعضای هیئت علمی دانشکده مهندسی نساجی و با مشاوره دکتر علی لقمانی و دکتر سعید ضیاییراد، اعضای هیئت علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان انجام شده است.
محققان در این مطالعه سامانهای نوآورانه برای تبدیل انرژی موجود در صداهای محیطی، بهویژه صداهای کمفرکانس، به انرژی الکتریکی توسعه دادهاند. این فناوری میتواند بهعنوان یک راهکار نوین برای تأمین انرژی تجهیزات الکترونیکی کممصرف، سامانههای هوشمند و تجهیزات اینترنت اشیا (IoT) مورد استفاده قرار گیرد.
برای درک بهتر این فناوری، میتوان بخش اصلی آن را به محفظهای تشبیه کرد که صدا را در خود جمعآوری و تقویت میکند؛ مشابه زمانی که با دمیدن در دهانه یک بطری خالی، صدایی خاص و تقویتشده ایجاد میشود. پژوهشگران دانشگاه صنعتی اصفهان از همین اصل فیزیکی برای متمرکز کردن امواج صوتی و افزایش انرژی قابل برداشت از آنها استفاده کردهاند. در نتیجه، حتی صداهایی که معمولاً به عنوان نویز یا آلودگی صوتی شناخته میشوند، میتوانند به منبعی برای تولید برق تبدیل شوند.
در این طرح، از یک الکترود پارچهای رسانای بافته شده و یک رزوناتور هلمهولتز با طراحی ویژه استفاده شده است. نتایج پژوهش نشان داد که اصلاح سطح این محفظه تشدیدکننده و بهبود آببندی آن موجب افزایش حدود 170 درصدی تقویت امواج صوتی در سامانه شده است. همچنین استفاده از یک غشای انعطافپذیر لاتکسی در انتهای رزوناتور، فرکانس تشدید دستگاه را به کمتر از 100 هرتز منتقل کرده و از طریق تقویت برهمکنش میان امواج صوتی و ساختار مکانیکی، افزایش حدود 670 درصدی ولتاژ خروجی را به همراه داشته است.
نمونه بهینهشده این سامانه توانست به ولتاژ مدار باز 412 ولت، جریان اتصال کوتاه 41.2 میکروآمپر و بار انتقالی 81.1 نانوکولن دست یابد. همچنین بیشینه چگالی توان سطحی آن برابر با 4.66 وات بر متر مربع گزارش شده است. این دستگاه قادر است بهطور مستقیم 290 دیود نوری (LED) را روشن کرده و خازنهایی با ظرفیتهای مختلف را شارژ کند.
بررسی عملکرد سامانه در شرایط محیطی مختلف نیز نشان داد که این فناوری از پایداری قابل توجهی برخوردار است. ولتاژ مدار باز دستگاه در رطوبت نسبی 80 درصد همچنان در سطح مطلوبی حفظ شد و آزمایشهای دوام نیز عملکرد پایدار آن را در بیش از سه میلیون چرخه کاری بدون افت محسوس خروجی تأیید کردند.
به گفته پژوهشگران، این دستاورد چارچوبی جدید برای افزایش بهرهوری سامانههای برداشت انرژی صوتی فراهم میکند و میتواند مسیر توسعه سطوح و سازههای هوشمند تولیدکننده انرژی را هموار سازد. از جمله کاربردهای بالقوه این فناوری میتوان به برداشت انرژی از نویزهای صنعتی، سامانههای حملونقل ریلی و قطارهای پرسرعت، تجهیزات مکانیکی، سیستمهای تهویه، سامانههای خودتأمین توان، حسگرهای هوشمند، اینترنت اشیا (IoT)، دیوارهای جاذب و بازیاب انرژی صوتی و همچنین سامانههای پایش محیطی اشاره کرد.
این پژوهش با عنوان «Helmholtz-Resonator Triboelectric Nanogenerator with Trapezoidal Neck and Flexible End-Sealing for Enhanced Low-Frequency Acoustic Energy Harvesting» در مجله معتبر *Nano Energy* منتشر شده و گامی مؤثر در جهت توسعه فناوریهای نوین برداشت انرژی از منابع محیطی و تحقق سامانههای الکترونیکی خودتأمین توان به شمار میرود.
نسخه چاپی
ارسال به دوستان
