نگار پژوه

برداشت انرژی حاصل از ارتعاشات با استفاده از مواد مدرج تابعی مگنتو الکترو الاستیک

دسترسی به انرژی پاک و پایدار همواره از مسائلی بوده که توجه پژوهشگران و محققین را به خود جلب کرده است، این امر به روش‏های مختلفی می‏تواند صورت گیرد، از تولید نیروی الکتریکی پشت سدها گرفته تا استفاده از توربین‏های بادی و حتی بهره بردن از سلول‏های خورشیدی برای دادن توان به یک ماشین حساب جیبی کوچک. ایده ساخت ادوات الکترونیکی که بتواند انرژی مورد نیاز خود را از راهی غیر از به‏کارگیری باتری‏هایی که عمر محدود دارند تأمین کند، می‏تواند بسیار کارآمد باشد. از این رو در دهه اخیر توجه زیادی به برداشت انرژی از محیط اطراف در مقیاس‏های کوچک شده است. ادواتی که انرژی محیط اطراف را به انرژی الکتریکی تبدیل می‏کنند، برداشت‏گر انرژی نامیده می‏شود. آن‏ها را می‏توان به طور کلی به دو دسته محرک و غیر محرک دسته‏بندی کرد. در دسته‏بندی محرک، غالبا ارتعاشات محیط اطراف، منبع انرژی است و معمولاً اجزاء این ادوات مرتعش هستند. سه مکانیزم برداشت انرژی در این دسته‏بندی مرسوم است: پیزوالکتریک، الکترومغناطیس و الکترواستاتیک.

مواد پیزوالکتریک موادی هستند که تحت کرنش مکانیکی، شار الکتریکی تولید می‏کنند. مزیت برداشت‏گرهای انرژی از طریق پیزوالکتریک نسبت به دیگر روش‏های ذکر شده، در چگالی توان بالای پیزوالکتریک، داشتن خاصیت ذاتی کوپلینگ الکترومکانیکی و راحتی استفاده از این مواد است. به عبارت دیگر به منبع خارجی نیازی نداشته و با MeMs سازگارند. متداول‏ترین وسیله برای برداشت انرژی از ارتعاشات، تیر یک‏سر گیردار با یک یا چند لایه پیزوسرامیک(PZT) است که بر روی یک سازه مرتعش قرار می‏گیرد. کرنش دینامیکی ایجاد شده در لایه‏های پیزوالکتریک منجر به تولید ولتاژ الکتریکی می‏گردد که به وسیله الکترودهایی که سطح لایه پیزوالکتریک را می‏پوشانند، جمع‏آوری و ذخیره می‏گردد. جهت بیان رفتار  ارتعاشی تیر یک سر گیردار PZT سه نوع مدل‏سازی گسسته  ، پیوسته  و اجزاء محدود  توسط محققین مورد استفاده قرار گرفته است.