Energiaa on jatkuvasti ihmisten ympärillä monissa muodoissaan - auringonvalossa, huoneen lämmössä ja jopa ihmisten itse liikkeissä. Kaikki tämä energia on tavallisesti "hukkaan" ihmissivilisaatiota varten, mutta sitä voidaan mahdollisesti käyttää mobiililaitteiden ja puettavien laitteiden virrankäyttöön - biometrisistä antureista älykelloihin. Oulun yliopiston tutkijat ovat löytäneet mineraalin, jolla on perovskite-kiderakenne, jonka ominaisuuksien avulla se voi kerätä energiaa monista eri lähteistä samanaikaisesti.
Perovskites ovat mineraalien perhe, joista monet ovat osoittautuneet lupaaviksi, koska ne kykenevät samanaikaisesti eristämään yhden tai kahden tyyppisen energian. Esimerkiksi yksi tämän perheen jäsenistä voi olla hyvä muuntamaan aurinkoenergiaa sähköksi. Toinen on parempi eristämään energiaa lämpötilan ja paineen muutoksista, joita voi tapahtua liikkumisen aikana. Niitä kutsutaan vastaavasti pyroelektrisiksi ja pietsosähköisiksi materiaaleiksi.
Toisinaan tietysti yksi energian tyyppi ei riitä lähteeksi. Tietynlainen energiamuoto ei aina ole saatavissa - pilvisellä säällä tai kun henkilö ei liiku. Siksi tutkijat ovat kehittäneet laitteita, jotka voivat poimia useita energiamuotoja. Nämä laitteet vaativat kuitenkin erilaisia materiaaleja, jotka tekevät niistä liian tilaa vieviä kompakteissa laitteissa käytettäväksi.
Applied Physics Letters on julkaissut Yang Bai: n ja Oulun yliopiston kollegoiden tutkimuksen tulokset. Tutkijat ovat tutkineet erityisen tyyppistä perovkiittiä, nimeltään KBNNO, joka todennäköisesti pystyy eristämään erilaisia energiamuotoja. Kuten kaikki perovskites, KBNNO on ferrosähköinen materiaali, joka on täynnä pieniä sähköisiä dipoleja, kuten magneetin pienet kompassin nuolet.
Kun KBNNO: n kaltainen ferrosähköinen materiaali käy läpi lämpötilamuutoksia, sen dipolit siirtyvät ja siten indusoidaan sähkövirta. Sähkövaraus kertyy myös dipolimomentin suunnan mukaan. Materiaalin muodonmuutos johtaa siihen, että tietyt sen fragmentit houkuttelevat tai hylkivät varauksen, mikä taas johtaa virran syntymiseen.
Tutkijat ovat aiemmin tutkineet KBNNO: n aurinkosähköisiä ja yleisiä ferrosähköisiä ominaisuuksia, mutta tämä tutkimus tehtiin 200 asteessa jäätymisen alapuolella, eikä he keskittyneet materiaalin lämpötila- ja paineominaisuuksiin. Yang Bai toteaa uudessa tutkimuksessa ensimmäistä kertaa, että kaikki nämä materiaalin ominaisuudet, jotka ilmestyvät huoneenlämpötilaan, arvioitiin ensimmäistä kertaa.
Kokeet ovat osoittaneet, että vaikka KBNNO on hyvä tuottamaan energiaa lämmöstä ja paineesta, se ei ole yhtä hyvä kuin muut perovskites. Ehkä tutkijoiden vaikuttavin löytö oli kyky muokata KBNNO-koostumusta sen pyroelektristen ja pietsosähköisten ominaisuuksien parantamiseksi. Siksi on mahdollista "mukauttaa" kaikki nämä ominaisuudet ja käyttää niitä mahdollisimman tehokkaasti. Nuori Bai ja hänen kollegansa tutkivat mahdollisuutta parantaa KBNNO: ta natriumilla.
Yang Bai kertoi myös haluavansa luoda prototyyppilaitteen, joka poimii energiaa eri lähteistä ensi vuonna. Sen valmistusprosessi on yksinkertainen, joten tekniikka voitaisiin kaupallistaa muutamassa vuodessa sen jälkeen, kun tutkijat ovat löytäneet parhaan materiaalin.
Mainosvideo:
Yang Bai: n mukaan tämä tekniikka voi johtaa nopeutettuun kehitykseen esineiden Internetin ja älykkäiden kaupunkien alueilla, joilla energiaa kuluttavilla antureilla ja laitteilla on jatkuvaa pääsyä energiaan.
Tällaista materiaalia käytetään todennäköisesti laiteakkuissa, mikä lisää niiden energiatehokkuutta ja vähentää toistuvien latausten tarvetta. Joskus Yang Bai täydentää kertomustaan, käyttäjän ei koskaan tarvitse laittaa gadgetiaan lataukseen. Pienikokoisten laitteiden paristot nykyaikaisessa merkityksessä voivat yleensä jäädä menneisyyteen.
Mutta se, että teoreettisen tavan on löydetty puuttumaan laitteissa olevista akkuista, ei tarkoita, että tätä tekniikkaa käyttävät tuotteet ilmestyisivät pian tai että tekniikka otetaan koskaan käyttöön.
Tuleeko koskaan käytettäviä laitteita ja jopa älypuhelimia ilman akkuja, jotka riittävät täysin energiaan, joka on ympäröivässä tilassa, mutta joka on menetetty, koska sen hyödyntämiseksi ei ole tehokasta menetelmää?
Perustuu sciencedaily.com-sivuston materiaaleihin
OLEG DOVBNYA