Titreşim Enerjisi ve Piezoelektrik: Kendilerini Şarj Eden Elektronik Cihazların Sırrı!

Birçok üniversiteden mühendis katılımcısı bulunan bir takım, akıllı telefonların elektrik kablosu olmadan şarj olmasına imkân sağlayan bir çözüm geliştirdiler. Bu, takımın nano-jeneratörlerini telefon kabına yerleştirmeleriyle mümkün oluyor. Bu küçük jeneratörler, hareket eden aracın yolcu koltuğu gibi titreşimli yüzeylerden titreşimi toplayıp telefon için enerjiye çeviriyor. Wisconsin-Madison Üniversitesi Malzeme Bilimleri bölümünden, Doçent Xudong Wang bu konuyla ilgili şöyle diyor:

Biz inanıyoruz ki bu gelişme kendini şarj eden elektronik aletler için iyi bir çözüm niteliğinde olabilir.

Wang, doktora öğrencisi Yancho Mao, Sun Yat-sen (Çin) ve Minnesota Duluth (ABD) üniversitelerindeki iş arkadaşları ile 27 Ocak 2014’te Advanced Energy Materials bilim dergisinde yayınlanan yazılarında, bu aleti küçük gözenekli ve basınçsal elektrikle (piezoelektrik) çalışan bir nano-jeneratör olarak tanımlıyorlar. Bu nano-jeneratörler, polivinilidenflorür (PVDF) olarak bilinen yaygın bir piezoelektrik maddeden yararlanıyor. Piezoelektrik maddeler ise mekanik bir dış etkiye maruz kaldığında elektrik üretebilme ve elektriği mekanik kuvvete çevirebilme özelliğine sahipler. 

Herhangi bir gerilim ya da elektrik alanına bağımlı olmaksızın, araştırmacılar çinko oksit nanoparçacıklarını PVDF'ten yapılan ince bir filme yerleştirerek piezoelektrik fazın oluşumunu sağladılar. Bu faz sayesinde, titreşim enerjisini toplamayı başardılar. Sonrasında, nanoparçacıkları film yüzeyinden aşındırarak aldılar ve geriye birbiriyle bağlantılı, boyutlarından ötürü "mezopor" ("orta büyüklükte delik") adı verilen boşluklar kaldı. Bu boşluklar, aslında sert olan bu malzemenin süngere benzer bir şekilde davranmasını sağladı.

Sünger benzeri yapıdaki materyal titreşim enerjisini kullanabilmek için kilit bir parça. Wang bu konuyla ilgili olarak “Daha yumuşak maddeler küçük titreşimler için daha hassastır.’’ diyerek durumu açıklıyor. 

Nano-jeneratörler, küçük gözenekli yapıdaki arka ve ön polimer zarında, ince elektrot levhaları taşır. Araştırmacılar bu polimer zarı insan vücudu dahil olmak üzere düz, pürüzlü ve kıvrımlı yüzeylere birleşme izi belli olmayacak şekilde birleştirebiliyorlar. Bu bütünleşmiş yapı telefonun kendi ağırlığını kullanarak hareketi (titreşimi) artırıyor böylece elektrik çıktısı da artıyor. Bu nano-jeneratörler bir elektronik cihazın arka paneli yada kılıfı olabilecek şekilde cihaza entegre edilebiliyor ve ortamdaki titreşim enerjisini cihazın kullanabileceği enerji olarak toplayabiliyor. 

Wang takımının çalışmasının tasarım sadeliği ve fabrikasyon aşamalarının daha büyük üretim ayarları ile ölçeklendirilebileceğini söylüyor ve ekliyor; polimer zar üzerinde ayarlanabilir mekanik özellikler de yaratabiliyoruz. Ayrıca burada cihazın tasarımı konusu da çok önemli bir nokta çünkü biz fark ettik ki bu yapıyı –şarj edici telefon kılıfı- yapmak ve kullanmak oldukça olanaklı gözüküyor.