La producción de dispositivos de nanoescala ha aumentado drásticamente con el aumento de las aplicaciones tecnológicas, pero un inconveniente importante para la funcionalidad de los sistemas de tamaño nanométrico es la necesidad de un recurso energético igualmente pequeño.
Para abordar esta necesidad, Hamid Foruzande, Ali Hajnayeb y Amin Yaghootian de la Universidad Shahid Charmran de Ahvaz en Irán han estado modelando la nueva tecnología de cosechadora de energía piezoeléctrica PEH a nivel de nanoescala. En su artículo reciente, publicado esta semanaen Avances AIP , de AIP Publishing, el equipo determinó cómo las dimensiones a pequeña escala impactan las vibraciones no lineales y la recolección de voltaje PEH.
Los materiales piezoeléctricos generan electricidad a partir de la aplicación de tensiones mecánicas y se utilizan en todo, desde teléfonos celulares hasta transductores ultrasónicos. Esta electricidad también puede generarse por tensiones inducidas por vibraciones, lo que permite a los científicos crear PEH. Estas PEH se pueden miniaturizar hastaun micro o nanosize y se usa junto con dispositivos de nanoescala.
"Hoy en día, la necesidad de nuevos sensores inalámbricos miniaturizados está creciendo. Estos sensores MEMS [Micro-Electro Mechanical Systems] o NEMS [Nano-Electro Mechanical Systems] generalmente requieren una fuente de energía de su tamaño", dijo Hajnayeb.
La recolección de energía piezoeléctrica es un proceso bien conocido para convertir la energía disponible en un entorno en energía que puede alimentar pequeños dispositivos eléctricos. Tradicionalmente, esto se ha utilizado para generar un suministro de energía autosuficiente. La autosuficiencia es muy deseable para nanodispositivos de escala debido a la naturaleza complicada de reemplazar pequeños sistemas de energía.
Los PEH están ganando popularidad para las aplicaciones a escala nanométrica debido a sus estructuras relativamente simples, densidades de energía más altas y la capacidad de reducirse fácilmente. Los modelos a escala macro se han estudiado ampliamente y han proporcionado un punto de partida sólido para producir modelos a escala nanométrica.Foruzande, Hajnayeb y Yaghootian están aprovechando estas cualidades adaptables y han generado modelos de PEH a nanoescala basados en la teoría de elasticidad no local.
"Es necesario usar esta teoría para otros sistemas a nanoescala y también los sensores en nanoescala, que usan materiales piezoeléctricos", dijo Hajnayeb. "Tienen la misma teoría de gobierno que usamos en nuestro artículo".
El equipo de investigación estudió las vibraciones no lineales y el voltaje basado en la teoría de la elasticidad no local, que establece que un esfuerzo de punto depende de la tensión en una región alrededor de ese punto. Utilizando esta teoría, podrían derivar ecuaciones de movimiento no lineales con soluciones directas.Los resultados mostraron que agregar una masa de punta de nanohaz y aumentar el factor de escala aumentaría el voltaje generado y la amplitud de la vibración, lo que aumentaría la producción de energía.
El modelado de PEHs micro y nanoescalados también fue capaz de revelar qué efectos de tamaño de impacto tuvieron en la producción que podían esperar. Los investigadores encontraron que el error de descuidar el tamaño es significativo al comparar PEHs macro y micro. Descuidar varios efectos de tamañoresultó en estimaciones más bajas de las vibraciones de PEH.
La tecnología de sensores de nanoescala se está convirtiendo en un producto de moda en la industria científica debido a sus aplicaciones expansivas. Con aplicaciones en medicina, ingeniería, física y más, la nanotecnología tiene mucho que ganar con el uso de una fuente de energía estable, comoestos PEH recién modelados.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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