بهبود رفتار الکترومکانیکی یک پلیمر انعطاف‌پذیر
محققان بازده تولید الکتریسیته این ماده را تا 60% بهبود دادند.
مواد پیزوالکتریک تنش مکانیکی را به الکتریسیته یا برعکس تبدیل می‌کنند و می‌توانند در حس‌گرها، محرک‌ها و بسیاری از کاربردهای دیگر مفید باشند. به گفته Qiming Zhang، استاد برجسته مهندسی برق، اما اجرای پیزوالکتریک در پلیمرها – موادی که از زنجیره های مولکولی تشکیل شده اند و معمولاً در پلاستیک‌ها، داروها و موارد دیگر استفاده می شوند – می‌تواند دشوار باشد.
Zhang و تیمی از محققان میان رشته‌ای به رهبری ایالت پنسیلوانیا، پلیمری با اثربخشی پیزوالکتریک قوی ساختند در حالی که منجر به 60% تولید برق کارآمدتر نسبت به نسخه‌های قبلی شد. آن‌ها نتایج خود را 25 March در Science منتشر کردند.
Zhang گفت: «در طول تاریخ، اتصال الکترومکانیکی پلیمرها بسیار کم بوده است. ما قصد داریم این امر را بهبود بخشیم زیرا نرمی نسبی پلیمرها آن‌ها را به گزینه‌های عالی برای محرک‌ها و حس‌گرهای نرم در زمینه‌های مختلف از جمله حس‌گر زیستی، رد‌یاب صوتی، عضلات مصنوعی و موارد دیگر تبدیل می‌کند.
برای تهیه این ماده، محققان عمداً ناخالصی‌‌های شیمیایی را به داخل پلیمر وارد کردند. این فرآیند که به عنوان دوپینگ شناخته می‌شود، به محققان اجازه می‌دهد که خواص یک ماده را برای ایجاد اثرات مطلوب تنظیم کنند – به شرط آن که آن‌ها آمار صحیح ناخالصی‌ها را جمع‌بندی کنند. افزودن بیش از حد کم از یک ماده ناخالص می‌تواند از اثر مطلوب ناشی از آغازگر جلوگیری کند، در حالی که افزودن بسیار بسیار می‌تواند ویژگی‌های ناخوشایندی را ایجاد کند که عمل‌کرد ماده را مختل می‌کند.
دوپینگ فاصله بین بارهای مثبت و منفی در اجزای ساختاری پلیمر را منحرف می‌کند. انحراف بارهای مخالف را از هم جدا می‌کند در حالی که به اجزا اجازه می‌دهد تا بار الکتریکی بیرونی را به طور مؤثرتری جمع کنند. به گفته Zhang، این تجمع انتقال الکتریسیته در پلیمر را افزایش می‌دهد، هنگامی که آن تغییر شکل می‌دهد.
برای تقویت اثر دوپینگ و اطمینان از هم‌سویی زنجیره‌های مولکولی، محققان پلیمر را تحت کشش قرار دادند. به گفته Zhang، این هم‌سویی، بیش‌تر از یک پاسخ الکترومکانیکی را ایجاد می‌کند نسبت به پلیمری با زنجیره‌هایی که به طور تصادفی هم‌سو شدند.
Zhang گفت: «بازده تولید الکتریسیته پلیمر بسیار افزایش یافته است. با این فرآیند، ما به بازدهی 70% دست یافتیم — بهبودی چشم‌گیر نسبت به 10% راندمان قبلی.
این عمل‌کرد الکترومکانیکی قوی، که بیش‌تر در مواد سرامیکی سفت رایج است، می‌تواند طیفی از کاربردها را برای پلیمر انعطاف‌پذیر فراهم کند. از آن جایی که پلیمر در برابر امواج صوتی مشابه آب و بافت‌های انسانی مقاومت نشان می‌دهد، می‌توان آن را برای استفاده در تصویربرداری پزشکی، هیدروفون‌های زیر آب یا حس‌گرهای فشار به کار برد. به گفته Zhang، پلیمرها نسبت به سرامیک‌ها مستعد سبک‌تر و قابل تنظیم‌تر نیز هستند، بنابراین این پلیمر می‌تواند فرصت‌هایی را برای بررسی بهبودها در تصویربرداری، روباتیک و موارد دیگر فراهم کند.
لینک خبر:
https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220324143755.htm
