برداشت کننده منعطف انرژی الکتریکی با قابلیت شارژ تجهیزات تولید شد

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، محمد سجاد سرایانی بافقی دانشجوی مقطع دکتری دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «تحلیل عملی و نظری عملکرد برداشت انرژی الکتریکی از لایه‌های الیافی پلی وینیلیدین فلوراید» گفت: در دهه‌های اخیر تغییرات چشمگیری در بسیاری از شاخه‌های علم و صنعت رخ داده‬ ‏است که تأثیر فراوانی بر زندگی انسان‌ها گذاشته است و این گسترش سریع فناوری منجر به نزدیک شدن شاخه‌های مختلف علم به‌‬ یکدیگر شده‌‏است.

وی افزود: سازه‌های لیفی هوشمند از جمله دستاوردهای فناوری امروزی است که در زمینه‌های مختلفی کاربرد دارد.

سرایانی اضافه کرد: یکی از مهم‌ترین موادی که جهت تولید این سازه‌های هوشمند استفاده می‌شود، پیزوالکتریک‌ها - موادی با قابلیت تبدیل انرژی الکتریکی و مکانیکی به‌یکدیگر - هستند.

به گفته وی، تاکنون مطالعه‌های گوناگونی درخصوص سامانه‌های پیزوالکتریک‏ و کاربردهای آن‌ها در حوزه‌های مختلف صورت گرفته است که اغلب به بهینه‏ سازی ماده پیزوالکتریک یا پیکربندی سامانه پرداخته شده‌است. در این میان برخی از پژوهش‌ها نیز با تمرکز بر حسگرها و مبدل‌های منعطف پیزوالکتریک انجام شده‏‬ است.

وی با بیان اینکه با وجود آنکه هدف نهایی این مطالعه‌ها و سرانجام آنها ارائه یک محصول است، تا کنون تحقیق مشخصی در خصوص رفتار این سامانه‌ها در حین استفاده و با گذر زمان صورت نگرفته است و جای خالی این مسئله‏ بسیار مهم همچنان احساس می‌شود، گفت: به همین دلیل هدف اصلی در این مطالعه بررسی عملکرد سامانه در زمان استفاده است تا تعیین شود که سامانه‌های منعطف پلیمری پیزوالکتریک، تا چه زمان بدون افت خصوصیت قابل بهره‎گیری هستند و ویژگی آن‌ها در طول استفاده، دچار چه تغییرهایی می‌شوند.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: به بیان دیگر طول عمر مفید این مواد هوشمند به خصوص در کاربردهای مبدل و حسگر منعطف چه مقدار است. همچنین در این تحقیق یک مدل ریاضی بر اساس رابطه اساسی پیزوالکتریک‌ها ارائه شد که امکان پیش‏بینی، تحلیل و بهینه‏ سازی عملکرد سامانه‌های الیافی تولید شده از پلیمرهای پیزوالکتریک را فراهم می‌سازد.

سرایانی ادامه داد: در این تحقیق در اولین گام یک دستگاه ارزیابی کننده خاصیت پیزوالکتریک به نام PiezoTester، برای اولین بار در ایران، طراحی و ساخته شد. این دستگاه نه تنها در این پروژه مورد استفاده قرار گرفت، بلکه به پیشبرد پروژه‌های متعددی در سایر دانشکده‌های دانشگاه امیرکبیر کمک شایانی کرد. اکنون تیم‌های تحقیقاتی متعددی برای ارزیابی نمونه‌های تولیدی در پروژه‌هایشان از این دستگاه در دانشگاه صنعتی امیرکبیر، استفاده می‌کنند.

وی گفت: در ادامه پروژه، خواص مکانیکی و الکتریکی سامانه‌های پیزوالکتریک الیافی مورد ارزیابی قرار گرفت و تغییرات آن‌ها در حین استفاده در فرکانس‌ها و سیکل‌های مختلف استفاده مورد بررسی قرار گرفت که نتایج جالب و چشمگیری داشت.

وی با اشاره به نتایج گفت: نتیجه‌ها نشان داد که در سیکل‌های متمادی نه تنها خواص افت نمی‌کنند بلکه بهبود می‌یابد.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر ادامه داد: در آخرین گام پروژه، مدل ریاضی ارائه شد که برای اولین بار ارتباطی بین ویژگی‌های ساختاری لایه الیاف، خاصیت مکانیکی الیاف و خاصیت پیزوالکتریک مواد با یکدیگر برقرار کرد.

این محقق افزود: مدل ارائه شده علاوه بر کمک به تحلیل رفتار سامانه الیافی پیزوالکتریک، تأثیر چشمگیری در طراحی و بهینه ‏سازی فرآیند تولید سامانه و تجاری‏سازی آن‌ها در هر سطح از حساسیت مطلوب خواهد کرد و سبب صرفه‏‬ جویی در زمان و مواد اولیه خواهد شد.

وی گفت: برای انجام این پروژه، پس از تولید سامانه‌های پیزوالکتریک الیافی بر اساس مطالعه‌های پیشین، بسترها در فرکانس، سیکل و بازه‌های زمانی مختلف تحت بارگذاری قرار گرفتند و خاصیت پیزوالکتریک و مکانیکی آن‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت.

سرایانی در خصوص مراحل پروژه گفت: در وهله اول، خروجی این تحقیق در فناوری منسوجات هوشمند و ساخت حسگرها و مبدل‌های منعطف قابل استفاده می‌باشد. همچنین خروجی این تحقیق در مهندسی پزشکی در شاخه‌های مهندس بافت و کاشت سلول و طراحی ابزار الکترونیکی کاشته شده در بدن نیز قابل استفاده است.

وی در خصوص نتایج این کار گفت: این تحقیق را می‌توان در دو حوزه منسوج‌های هوشمند و مهندسی پزشکی ادامه داد. در حوزه مهندسی پزشکی ادامه مسیر به صورت انجام آزمایش‌های in vitro، in vivo و درنهایت آزمایش‌های حیوانی می‌باشد. در بخش منسوج هوشمند در مرحله بعدی لازم است تا لایه و سامانه به منظور پیاده‏سازی بر روی لباس بهینه شده و یک نمونه نیمه صنعتی از لباس طراحی شود.

وی در خصوص مزیت‌های رقابتی طرح گفت: تمرکز بر یکنواختی عملکرد و طول عمر سامانه‌ها و همچنین ارائه یک مدل ریاضی که امکان بهینه‏سازی و پیش‏بینی رفتار سامانه را فراهم می‌سازد از جمله مزایای رقابتی طرح به شمار می‌رود.

سرایانی در خصوص کاربردهای این پروژه گفت: نتایج این پروژه در حوزه‌های منسوجات هوشمند و همچنین مهندسی پزشکی قابل استفاده است. علاوه بر این خروجی این تحقیق در ابزارهای میکرو الکترونیک و گجتهای پوشیدنی نیز کاربرد دارد.

به گزارش مهر، اساتید راهنمای این پروژه دکتر مسعود لطیفی، دکتر عبدالحسین صادقی و استاد مشاور آن دکتر روح‏ الله باقرزاده اعضای هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر بودند و بخشی از این پروژه با همکاری دانشگاه‏ پیزای ایتالیا (UniPi) و مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) انجام شد.