تامین انرژی حسگر‌ها در اینترنت اشیا با نانوسیم

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان نشان دادند که می‌توان از نانوسیم‌های اکسید روی (ZnO) برای تولید انرژی به منظوربهره‌برداری در اینترنت اشیا استفاده کرد.

در برداشت انرژی (EH)، انرژی طبیعی یا اتلاف شده (مانند تلفات حرارتی، ارتعاشات، نور و جریان هوا) به انرژی قابل استفاده تبدیل می‌شود. مقاله‌ای که در مجله Materials منتشر شده است، رفتار پیزوالکتریک نانوسیم‌های اکسید روی با تحریک مکانیکی را بررسی می‌کند.

مفهوم اینترنت اشیا (IoT) زمانی که تعداد فزاینده‌ای از دستگاه‌ها با اینترنت مرتبط می‌شوند، محقق می‌شود. اینترنت اشیا به اجسام فیزیکی اجازه می‌دهد تا داده‌ها را مبادله کنند و تصمیم بگیرند و نیاز به دخالت انسان را از بین ببرد.

برنامه‌های کاربردی اینترنت اشیا شامل اتوماسیون صنعتی، حسگرها، مراقبت‌های بهداشتی، حمل و نقل و واکنش‌های اضطراری به فجایع طبیعی و انسانی است.

منابع برق رایج نظیر باتری‌ها یا کابل‌ها، محدودیت‌های قابل توجهی دارند. باتری‌ها باید به طور مرتب بررسی و در صورت لزوم تعویض شوند.

این امر مستلزم دسترسی فیزیکی به تمام گره‌های اینترنت اشیا است. باتری‌ها به دلیل انبوه زباله باتری‌های مستعمل بر اکوسیستم تأثیر منفی می‌گذارند. تامین سیم نیز پرهزینه است و تغییر آن دشوار است و تحرک و قابلیت حمل دستگاه‌های متصل به اینترنت اشیا را محدود می‌کند.

منابع مختلف انرژی نیاز به یک روش سفارشی برداشت انرژی دارند. پدیده‌های فیزیکی و توپولوژی‌های مختلف ممکن است مقادیر متفاوتی الکتریسیته تولید کنند. پیزوالکتریک، ارتعاشات مکانیکی را مستقیم در یک مرحله به الکتریسیته تبدیل می‌کند. بنابراین، مواد پیزوالکتریک بخشی ضروری از این تبدیل انرژی هستند.

اکسید روی (ZnO)، که از عناصر غیر سمی و فراوان ساخته شده است، یک ماده پیزوالکتریک بسیار مورد مهم است. امکان سنتز نانوسیم‌های ZnO که رفتار پیزوالکتریک را در محور انتخابی تقویت می‌کنند، به‌ویژه قابل توجه است. در این مطالعه، محققان تشکیل نانوسیم‌های ZnO را با استفاده از یک حمام شیمیایی روی یک بستر منحصر به فرد – فولاد AISI ۳۰۱ نشان داد. لایه فعال نانوسیم‌های اکسید روی را به طور مستقیم بر روی بستر اعمال می‌کند.

لایه پیزوالکتریک قدرت قابل توجهی را فراهم می‌کند که برای فعالیت‌های معمولی دستگاه اینترنت اشیا کافی است. چگالی توان نانوسیم‌های ZnO که بر روی نوع متفاوتی از بستر انعطاف‌پذیر رشد می‌کنند، قابل مقایسه بود.

این یافته‌ها پتانسیل زیادی برای استفاده از نانوسیم‌های ZnO برای تولید برق برای یک گره حسگر بی‌سیم اینترنت اشیا نشان داد. فرآیند تولید پیشنهادی برای نانوسیم‌های ZnO مقرون به صرفه و به آسانی مقیاس‌پذیر بود.