Onderzoekers vergroten rendement piëzo-elektrisch materiaal op nanoschaal

Onderzoekers in Texas hebben ontdekt dat piëzo-elektrisch materiaal met een dikte van 20 tot 23 nanometer twee keer zoveel spanning kan genereren als materiaal met een andere dikte.

Piëzo-elektrisch materiaal heeft als eigenschap dat het onder invloed van mechanische kracht een elektrische spanning produceert en vice versa. Dergelijk materiaal wordt onder andere gebruikt in kwartshorloges, platenspelers, inktjetprinters, accelerometers en kleine luidsprekers.

Uit het onderzoek van Tahir Cagin, professor bij het Artie McFerrin Department of Chemical Engineering van de Texas A&M University, en zijn partners bij de universiteit van Houston, is naar voren gekomen dat bij diktes van 20 tot 23 nanometer een nieuw effect optreedt, dat het 'flexo-elektrisch' effect is genoemd. Volgens de studie is deze specifieke dikte van het materiaal cruciaal voor het twee keer zo grote rendement bij de omzetting van energie. Het is niet bekend bij welk materiaal het effect optreedt.

Volgens de onderzoekers kunnen hun bevindingen, die onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review B zijn gepubliceerd, een grote impact hebben op energiezuinige elektrische apparaten zoals mobieltjes en laptops. "Verstoringen in de vorm van geluidsgolven kunnen worden gebruikt om nano- en micro-apparaten aan te drijven als deze materialen op de juiste manier worden verwerkt", aldus Cagin. Piëzo-elektrische systemen kunnen bijvoorbeeld gebruikt worden om de batterij van een mobieltje op te laden.

Piëzo-elektrisch materiaal wordt nu al gebruikt voor de opwekking van energie, maar dat is dan op grotere schaal. Zo zijn de dansvloeren van sommige nachtclubs uitgerust met piëzo-elektronische systemen. Deze voorzien de lampen van de clubs van energie.

Reacties (29)

[Reteip]

Onderzoekers in Texas hebben ontdekt dat piëzo-elektrisch materiaal met een dikte van 20 tot 23 nanometer twee keer zoveel spanning kan genereren als materiaal met een andere dikte.

Ik snap niet veel van deze zin. 2x zoveel als materiaal met een andere (?) dikte.

Ter verduidelijking voor de mensen die deze zin ook niet snappen : volgens de bron kan het materiaal 2x zoveel spanning genereren op 20 tot 23 nanometer ten opzichte van hetzelfde materiaal met een andere dikte. Als de dikte kleiner dan 20 of groter dan 23 nanometer wordt gemaakt zakt de effectiviteit drastisch terug naar wat voorheen mogelijk was.

Ofterwijl : piëzo-elektrisch materiaal functioneert optimaal als het een dikte heeft van 20 tot 23 nanometer.

_{edit:verduidelijking}

[Reactie gewijzigd door Reteip op 22 juli 2024 19:03]

[IJnte]

Dit is een goede stap voor het verwezenlijke van "self-charging devices". Denk b.v. aan een horloge die zichzelf oplaadt (zoals sommige seiko horloges,), of een LED lampje langs de snelweg die door trillingen van het verkeerd altijd opgeladen blijft. Ik meen me te herinneren overigens dat 7Hz de beste trillingsfrequentie is voor een applicatie die b.v. op een wegdek gemonteerd wordt.
Met PZT (Lead zirconate titanate) wordt al heel veel geexpririmenteerd samen met MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) om kleine applicaties te bedenken die zichzelf kunnen voorzien van energie door trillingen uit de omgeving. B.v. in een huiskamer is altijd een trilling van 50Hz aanwezig door trillingen vanuit het lichtnet. Als je met deze "verloren" energie iets kan doen, is dit erg mooi

[Myedvyed]

Er zijn ook piëzo elementen voor de gitaar, die inderdaad ook de trillingen omzetten in een signaal, die klinken anders dan standaard magnetische of microfonische elementen.

Dat dit met dezelfde techniek ook andersom kon is voor mij nieuw, maar het doet me wel denken aan goedkope microfoontjes die je als luidspreker kunt gebruiken en hoofdtelefoontjes die je als microfoon kunt gebruiken (al weet ik niet of daar ook daadwerkelijk piëzo-elektrisch materiaal in verwerkt zit).

[Anoniem: 142442]

Je kunt het principe inderdaad twee kanten op gebruiken.
Zoals je weet wekt een draad (spoel) waar een stroom door loopt een magnetisch veld op. Met behulp van een andere magneet kun je dat omzetten in beweging.
Zo werkt een luidspreker, waar de stroom door de spreekspoel de hele handel in beweging zet, waardoor de speakerkonus de lucht in trilling brengt, wat je weer hoort als geluid.
Omgekeerd kan het ook: als je praat, zingt of anders geluid maakt, brengen de luchttrillingen het pickup-membraan in een microfoon (een speakerkonus is ook een membraan) in trilling. De spoel - in een magnetisch veld - genereert dan een analoog stroompje. Zo werken o.a. een dynamische microfoon of een speaker, maar ook een pickup element.

Een piezo-kristal geeft een spanningkje af bij "buigen" (een mechanische beweging). Dat idee is toegepast in kristal-pickup elementjes (inderdaad niet al te beste kwaliteit!), maar je kunt evengoed door een wisselstroompje toe te voeren, bv van een luidspreker uitgang, een piezo-kristal element laten bewegen.
Hier een groot membraan aan hangen blijkt lastig, maar je vindt kristal-speakers nog wel eens onder hogetonen weergevers, vaak met een hoornbelasting.

[blobber]

Klopt, piezo elementen zijn geluidsechnisch niet de beste, in platenspelers had je ook piezo (kristal) elementen, maar die haalden het niet kwa geluidskwaliteit ivm een goede moving magnet of moving coil element.

[Anoniem: 281206]

Deze voorzien de lampen van de clubs van energie.

Volgens mij generen deze systemen alleen een stuursignaal. De energie om de lampen te laten branden komt gewoon uit het lichtnet.

[Anoniem: 116213]

Nee, ze genereren dus echt stroom.

Via zware Piëzo elementen, zoals: http://images.dailytech.com/nimage/9179_large_Piezo.png

Voor het volledige artikel, waarbij ik er over las: http://www.dailytech.com/...es+Green/article12895.htm

En omdat het een Nederlandse club betreft: http://www.watt-rotterdam...ekkende_dansvloer_Energie

[hatex]

lees : afhankelijk van het gewicht en de hoeveelheid energie van de dans, produceert een vermogen van 2 tot 20 Watt; dit zal in totaal niet genoeg zijn om heel WATT van energie te voorzien. De energie wordt nu gebruikt om de vloer op een interactieve manier te laten werken


dussss :

ja het produceert echt stroom en nee het is nog lang niet genoeg.....

[himlims_]

men bedoeld dat dit materiaal/techniek indien correct gebruikt energie kan opwekken
is mij alleen niet duidelijk of deze nieuwe energie ook opgeslagen kan worden

[Anoniem: 262614]

Dus in de toekomst gaan we tegen onze mobieltjes schreeuwen op het moment dat de batterij op is? Vaak is dat nu ook al het geval alleen levert het straks misschien nog wat op

[bbob]

Neem het oude analoge polshorloge dat werkt gewoon op de bewegingen die jij maakt en laad daardoor een veer op die je horloge weer laat lopen.

Je mobieltje in je jaszak, broekzak beweegt als jij loopt. Die energie kun je gebruiken om de accu bij te laden. Als je dat met deze techniek effectief kan doen is er niets mis mee.

[Anoniem: 263877]

schreeuwen?

"Piëzo-elektrisch materiaal heeft als eigenschap dat het onder invloed van mechanische kracht een spanning produceert"

knijpen zul je bedoelen
Bij die dansvloer gaat het ook gewoon om de druk van de dansers op de vloer waardoor een signaal ontstaat. Of dit genoeg is om lampen van elektriciteit te voorzien betwijfel ik wel.

[Vaudtje]

"Verstoringen in de vorm van geluidsgolven kunnen worden gebruikt om nano- en micro-apparaten aan te drijven als deze materialen op de juiste manier worden verwerkt"

Schreeuwen

[TIGER79]

precies kijk maar naar je luidsprekers (de betere met membranen), die bewegen toch ook om geluid te produceren ? Geluidsgolven dus
en geluidsgolven van je op met je microfoon die doen wee een membraan trillen : hopsakee, mechanische bewegingen die je kunt opvangen en dus energie aan ontrekken

[SouLLeSSportal]

het gaat om trillingen, hetzij door geluid, hetzij door beweging van iets fysieks is(vloer) die verstoring wordt gebruikt en in energie omgezet waar je wat aan hebt.
hoeveel dit is lijkt me wel leuk te weten.

[YopY]

Nou, ligt eraan hoeveel geluid er nodig is - ik denk dat, als het rendement hoog genoeg is / wordt, dat mobiele telefoons (en andere mobiele apparaten) dan door gewoon omgevingsgeluid van energie kunnen worden voorzien. Ga maar eens in de spits in een willekeurige stad rondlopen, of ga eens een half uur in een rumoerige bus zitten, ik denk dat als ze dit systeem goed uitwerken kunnen dat weinigverbruikende electrische apparaten daarmee wel van stroom voorzien kunnen worden.

Of op z'n minst ondersteund kunnen worden.

[McDutch]

Mooie ontwikkeling is dit zo kan de standby/gebruikstijd van veel draagbare electronica [telefoons met mp3speler/camera & Mp3/4 en videospelers] ook weer verlengd worden, zodat ie niet na een paar uur alweer leeg is als je een beetje met de camera loopt te expirimenteren, of als je ergens gestrand bent door vertraging of iets dergelijks, dat op dat moment je telefoon niet leeg raakt [Ik spreek helaas uit ervaring..]

[Anoniem: 192097]

Ik ga de vloeren in mijn toekomstige huis met dit soort materiaal en technieken bekleden, zodat ik de energie voor het badkamer lampje zelf genereer terwijl ik er in de donker erheen loop

[blobber]

Gaat je wel extra voedsel kosten om de zaak aan de gang te houden

[Nox]

Nee, want je loopt er toch zoiezo al heen.

[Anoniem: 192097]

ik denk dat ie op gewicht doelde

[g4wx3]

Laatst ook nog iets gelezen van betere baterijen, zuingere schermen, zuinigere verlichting... Straks gaat de iphone zomaar even 2 dagen mee!

[Mentalist]

Ik vraag me of of je piëzo-elektrische techniek ook kan gebruiken voor de zender van een elektrische deurbel, of een afstandsbediening.

Mijn idee is dus dat je op de deurbel drukt, en het drukken zelf de energie opwekt om het signaal naar de ontvanger te sturen die het geluid laat klinken (de ontvanger werkt dan uiteraard op zonnecellen ).

En een afstandsbediening zonder batterijen. Dat het drukken op een knop meteen de elektriciteit opwekt voor het IR-signaal. Mensen hebben toch al de neiging om harder op de knoppen te rammen als ie niet reageert omdat de batterijen leeg zijn, met piëzo-elektrische techniek heeft dat dan ook daadwerkelijk zin.