پاسخ به:فناوری نانو
پنج شنبه 12 بهمن 1391 7:42 PM
|
|
|
دانشمندان راهكارهاي جديد براي بازيافت انرژي ارائه كرده‌اند ساعت‌سازاني كه در دهه 1920 ميلادي براي نخستين بار موفق به طراحي و ساخت ساعت‌هاي مچي اتوماتيك شدند، در تلاش بودند بتوانند به راهكارهاي مناسب براي استفاده از انرژي آزاد شده در نتيجه حركت دست و استفاده از آن براي به حركت درآوردن عقربه‌هاي ساعت دست يابند. اما امروزه محققان پس از گذشت سال‌ها از آن زمان در تلاش هستند تا بتوانند قطعات بسيار كوچكي را براي تامين انرژي الكتريكي مورد نياز ابزارها و وسايلي كه در ابعاد نانو ساخته شده‌اند، طراحي كنند. اين نيروگاه‌هاي كوچك نانومتري در حقيقت نانو ژنراتورهايي هستند كه مي‌توان از آنها براي تامين انرژي حسگرهاي زيستي ساخته شده براي اندازه‌گيري مداوم سطح گلوكز خون بيماران كه از قابليت قرارگيري در داخل اعضاي بدن برخوردارند يا حسگرهاي مقاومتي كه در برخي از سازه‌ها به عنوان قطعه ارتباطي به كار مي‌روند و همچنين زيست‌محيطي براي رديابي مواد سمي موجود در محيط استفاده كرد تا نياز به تعويض باتري نداشته باشند. منابع تامين انرژي يكي از اجزاي جدايي‌ناپذير صنعت رباتيك ريز، سيستم الكترومكانيكي، سيستم‌هاي امنيتي و همچنين وسايلي الكترونيكي شخصي قابل حمل هستند. محققان همواره مسيرهاي متفاوتي را براي توليد انرژي در مقياس‌هاي بسيار كوچك مورد بررسي قرار داده‌اند كه اين تحقيقات مجموعه‌اي از انرژي‌ها از انرژي حركتي و ارتعاشي، تغييرات دمايي، واكنش‌‌هاي بيوشيميايي تا منابع خارجي توليد انرژي مانند امواج فراصوتي و اصوات قابل شنيدن در محيط اطرافمان را در بر مي‌گيرد. يكي از مهم‌ترين ويژگي‌هاي سيستم‌ها و ابزارها در ابعاد نانو اين است كه اغلب به انرژي بسيار كمي نياز دارند. اگر اندكي درباره منابع بالقوه انرژي كه توسط بدن توليد مي‌شود بينديشيد، متوجه خواهيد شد كه در نتيجه انجام اعمال حياتي در بدن انسان مجموعه‌اي از انرژي‌هاي حركتي، گرمايي، نوساني، شيميايي و هيدروليكي ناشي از فعاليت سيستم‌هاي وابسته به گردش خون توليد مي‌شود. اگر بتوانيم اين انرژي‌ها را به انرژي الكتريكي تبديل كنيم، تنها بخش اندكي از آن مي‌تواند انرژي مورد نياز بسياري از تجهيزات كوچك را تامين كند. از ميكروژنراتورها تا نانوژنراتورها از دهه 90 ميلادي تاكنون تلاش‌هاي بسيار زيادي براي تامين انرژي در صنعت نانو انجام شده كه با توجه به افزايش محبوبيت ابزارهاي الكترونيكي قابل حمل در ميان كاربران، سرعت انجام اين تحقيقات افزايش يافته است. از آنجا كه مواد بلورين در اثر فشار از قابليت توليد انرژي الكتريكي برخوردار خواهند بود، محققان موسسه فناوري ماساچوست در تلاش هستند به روشي براي بازيافت انرژي دست يابند تا بتوانند با استفاده از اثر پيزوالكتريك يا به عبارتي ديگر توليد انرژي الكتريكي در بلورها در اثر تحت فشار قرار گرفتن، انرژي مورد نياز ابزارهاي الكترونيكي را تامين كنند. با توجه به موانع موجود در تامين انرژي مورد نياز وسايل طراحي شده در صنعت نانو، اين گروه از محققان ساخت ژنراتورهايي متناسب با ابعاد ريز سيستم‌هاي الكترومكانيكي را هدف قرار داده‌اند. امروزه از اين سيستم‌هاي سيليكوني براي ساخت بسياري از قطعات مانند شتاب‌سنج سيستم‌هاي كيسه هوا در اتومبيل‌ها و همچنين نازل‌هاي چاپگرهاي جوهرافشان استفاده مي‌شود كه يافته‌هاي علم زيست‌شناسي و شيمي توانسته است زمينه مناسبي را براي تامين انرژي مورد نياز آنها فراهم كند. بتازگي محققان توانسته‌اند براساس اثر پيزوالكتريك و الكترومغناطيس مبدل‌هايي را بسازند كه انرژي را از دستگاهي به دستگاه ديگر منتقل مي‌كنند. در ميكروژنراتورهاي الكترومغناطيسي براي القاي جريان الكتريكي متناوب در مدار از يك آهن‌ربا با سيم‌پيچ استفاده مي‌شود. در ژنراتورهايي كه با توجه به پديده پيزوالكتريك طراحي شده‌اند قطعه‌اي دولايه از جنس تيتانات زيركونيوم سرب در بخش مياني ژنراتور قرار مي‌گيرد. وقتي نيروي جاذبه سبب خم شدن اين قطعه مي‌شود، لايه فوقاني اين قطعه تحت تاثير مقاومت كششي و لايه تحتاني تحت تاثير مقاومت تراكمي قرار مي‌گيرد كه در نتيجه ولتاژي مثبت و منفي در اين قطعه ايجاد مي‌شود. با نوسان اين قطعه در داخل ژنراتور جريان متناوب برقرار خواهد شد. در ماه آگوست سال 2005، اين تبديل انرژي مكانيكي به الكترونيكي مورد توجه قرار گرفت. بررسي ولتاژ خروجي ژنراتورها توسط ميكروسكوپ‌هاي اتمي حاكي از آن است كه در مراحلي از توليد جريان الكتريكي ميزان انرژي خروجي به طور ناگهاني افزايش مي‌يابد. بررسي‌هاي انجام شده نشان مي‌دهد تغيير در ولتاژ خروجي نتيجه اثر پيزوالكتريك در اكسيد روي است و با توجه به اين مي‌توان تاثير عوامل خارجي مانند اصطكاك تماس يا ديگر پديده‌هاي فيزيكي مشابه را نيز مورد تاييد قرار داد. آينده در محاصره فناوري نانو از ژانويه سال 2007 تاكنون تلاش‌هاي زيادي براي بهبود كيفيت نانوژنراتورهاي طراحي شده انجام شده است. از آنجا كه نيمه‌رساناي به‌كار برده شده به عنوان زمينه اصلي قرارگيري رشته‌سيم‌هاي اين ژنراتورها بسيار سفت و شكننده است، بنابراين استفاده از اين نوع نانوژنراتورها در تجهيزاتي مانند حسگرهاي زيستي قرار گرفته در عضلات پا و مفاصل كه نياز به جنسي انعطاف‌پذير و قابل خم شدن دارند امكان‌پذير نخواهد بود.به همين دليل امروزه در ساخت اين نوع نانوژنراتورها از مواد پليمري رسانا استفاده مي‌شود كه از قابليت سازگاري با اعضا و اندام‌هاي بدن انسان برخوردار هستند. آزمايش‌هاي انجام شده قابليت استفاده از بسياري مواد پلاستيكي قابل انعطاف در ساخت نانوژنراتورها را مورد تاييد قرار داده است. اما از آنجا كه سطح اين صفحات كاملا مسطح نخواهد بود، بنابراين ممكن است اختلالاتي را در ايجاد ارتباط ميان رشته‌سيم‌ها به وجود آورد. با توجه به وجود چنين موانعي، لازم است براي افزايش بازده انرژي الكتريكي تغييراتي را در ايجاد ارتباط بين سيم‌ها و فاصله ميان آنها به وجود آورد. يكي از مهم‌ترين مشكلات نانوژنراتورهاي طراحي شده عمر مفيد آنهاست. عمر مفيد نانوژنراتورهايي كه در حال حاضر براي استفاده در صنعت نانو مورد تاييد قرار گرفته‌اند، حدود 50 ساعت است كه از وجود نواقصي در طراحي آن ناشي مي‌شود. اگر بتوانيم نانوسيم‌ها را در لايه نازكي از جنس طلا قرار دهيم، طلا مانند يك كاتاليست عمل كرده و بازده خروجي را افزايش مي‌دهد. بلورهاي اكسيد روي همانند جنگل انبوهي از درختان بدون شاخه هستند. براي افزايش استحكام و چسبندگي نانوسيم‌هاي مستقر روي زمينه‌اي از جنس اكسيد روي بايد يك لايه پليمري را به آن اضافه كنيم. علاوه بر اين براي افزايش ولتاژ خروجي مي‌توانيم اين ژنراتورهاي بسيار كوچك را به صورت سري در كنار هم قرار دهيم تا اين‌كه براي افزايش جريان خروجي شبيه به آنچه در خصوص منابع متداول تامين انرژي مانند باتري يا پيل‌هاي سوختي مرسوم است آنها را به صورت موازي در كنار هم قرار دهيم. جالب است بدانيد كه هيچ‌گاه نمي‌‌توانيد از نانوژنراتورها براي تامين روشنايي ساختمان‌هاي مسكوني يا حتي يك چراغ‌قوه استفاده كنيد. مقدار انرژي توليد شده توسط آنها بسيار ناچيز است، اما بدون ترديد نانوسيم‌ها مي‌توانند گزينه مناسبي براي توليد انرژي مورد نياز حسگر‌هايي باشند كه لحظه به لحظه اطلاعات را جمع‌آوري كرده و در اختيار كاربر قرار مي‌دهند. محققان اميدوارند بتوانند تا پايان سال جاري از نانوژنراتورها براي جمع‌آوري و بازيافت انرژي‌هاي آزاد شده در محيط مانند انرژي ناشي از تغييرات فشار در لاستيك خودروها، نوسانات حركتي وسايل نقليه يا حتي ارتعاش سطح يك چادر باري استفاده كنند. اگر فقط اندكي به محيط اطراف خود توجه داشته باشيد، پي مي‌بريد كه در محيط اطراف ما منابع بي‌شماري از انرژي وجود دارند كه ما آنها را ناديده گرفته و هرگز به دنبال راهي براي بازيافت اين بخش از انرژي كه به نوعي از دست رفته محسوب مي‌شود، نبوده‌ايم. سهيل اميري |
کریمی که جهان پاینده دارد تواند حجتی را زنده دارد
دانلود پروژه و کارآموزی و کارافرینی
