از زمان کشف مواد پیزو الکتریک که با استفاده از حرکت مکانیکی الکتریسیته تولید می‌کنند، ایده تولید مولدهای انرژی برای توسعه و تجاری‌سازی وسایل الکترونیکی کاملاً خودکفا (از نظر انرژی) وجود داشته است. با این حال، بسیاری از این مواد دارای خواص دی‌الکتریک ضعیفی بوده و بار قطبی خود را حفظ نمی‌کنند. در واکنش به این چالش، محققین موفق به تولید نوعی فیلم کامپوزیتی غیرسمی شده‌اند که راه را برای عملکرد بهتر ژنراتورها هموار می‌کند.

از یک طرف، انرژی و راهکارهای ارزان‌قیمت برای تأمین آن برای نسل بشر اهمیت بسیار زیادی داشته و از طرف دیگر، با توجه به اثرات زیست‌محیطی منابع انرژی سنتی نظیر سوخت‌های فسیلی، الزام جدی حرکت به سمت انرژی‌های پاک و همینطور دستگاه‌های کم‌مصرف برای صنایع مختلف دنبال شده است. «LED»های کم‌مصرف را می‌توان یک مصداق خوب از این روند دانست. در کنار این استراتژی، مسیر جایگزین دیگری هم از سوی محققین و فناوران دنبال می‌شود و آن، طراحی و تولید دستگاه‌های خودکفا است. ایده اصلی این موضوع، استفاده از موادی است که اثرات پیزو الکتریک و تریبو الکتریک را برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی نشان می‌دهند. گفتنی است، مواد پیزو الکتریک هنگامی که تحت فشار مکانیکی قرار می‌گیرند، بار الکتریکی تولید نموده و در مقابل، مواد تریبو الکتریک موجب تجمع بارها بر روی دو ماده متفاوت پس از تماس با یکدیگر می‌شوند. نانو ژنراتورهای پیزو الکتریک (PENG)، نانوژنراتورهای تریبو الکتریک (TENG) و حتی دستگاه‌های هیبرید پیزو تریبو الکتریک ترکیبی (HNG)، با هدف تأمین انرژی دستگاه‌های الکترونیکی نسبتاً کم‌توان و با حرکات ساده توسعه داده شده‌اند. این دستگاه‌ها، عموماً به مواد دی الکتریکی نیاز دارند که قطبیت خود را حفظ نمایند. در آخرین نوآوری در این حوزه، محققین مؤسسه علم و فناوری دائه‌جون کره جنوبی (DGIST)، با همکاری انستیتو فناوری گواهاتی (Guwahati) هند، نوعی فیلم کامپوزیتی برای تولید نانو ژنراتورهای برداشت انرژی تولید کرده‌اند.

این فیلم‌های کامپوزیتی، با استفاده از یک تکنیک مقرون‌به‌صرفه ساخته شده و طی آن، بیسموت تیتانات (BiTO) به یک پلیمر تریبو الکتریک انعطاف‌پذیر (PDMS) اضافه می‌شود. تعبیه فیلم «BiTO-PDMS» بین لایه‌های آلومینیومی، موجب تولید بار الکتریکی در هنگام فشار و رهاسازی می‌شود. در این فرآیند مکانیکی، لایه‌ها به‌عنوان الکترود عمل نموده و با فشار دادن و رها شدن دستگاه، طبیعت پیزو الکتریک و تریبو الکتریک فیلم با یکدیگر هم‌افزایی می‌کنند تا بارهایی روی الکترودها ایجاد کرده و ولتاژ ایجاد نمایند. این اثر هم‌افزایی، باعث افزایش عملکرد برداشت انرژی خواهد شد.

پروفسور هئو جون کیم (Hoe Joon Kim) از مؤسسه علم و فناوری دائه‌جون کره جنوبی که رهبری این پروژه را بر عهده داشته، در این خصوص ابراز داشته: «انگیزه اصلی ما در این کار، توسعه ماده‌ای است که در دمای اتاق، خاصیت مولتی‌فروئیکی داشته و برداشت بالای انرژی را ممکن نماید». وی با هیجان در خصوص دستاورد تیم تحقیق خود می‌افزاید: «برای اولین بار ، مواد مولتی فروئیکی تک فاز، با دمای اتاق و با ثابت دی‌الکتریک بسیار بالا به دست آمد. تقویت پلاریزاسیون داخلی پلیمر بهبود یافته و عملکرد برداشت انرژی توسط برداشت‌کننده ترکیبی به شدت افزایش یافته است.»

آزمایش‌های اولیه نشان داده که از این فناوری می‌توان برای تأمین انرژی ساعت مچی و ماشین‌حساب استفاده کرد. با پیشرفت و بهبود عملکرد این نانو ژنراتورها، می‌توان امیدوار بود که در آینده‌ای نه چندان دور، باتری‌ها تا حدی حذف شده و لوازم الکترونیکی پایدار و خودکفا در اختیار مصرف‌کنندگان قرار گیرد.

مرجع: «Nanowerk»