با تلاش محققان دانشگاه امیرکبیر؛

برداشت کننده منعطف انرژی الکتریکی با قابلیت شارژ تجهیزات تولید شد

محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر در دانشکده نساجی به واسطه اجرای یک پروژه، موفق به تولید برداشت کننده منعطف انرژی الکتریکی با قابلیت شارژ تجهیزات و ارزیابی آن‌ها شدند.

کد خبر: ۹۰۴۱۰۱

يکشنبه - ۲۱ دی ۱۳۹۹ / January 10, 2021

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، 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 پلی‌وینیلیدین‌فلوراید» 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 شده ‏است.

وی افزود: سازه‌های لیفی هوشمند از جمله دستاورد‌های فناوری امروزی است که در زمینه‏‌های مختلفی کاربرد دارد. یکی از مهم‏ترین موادی که جهت تولید این سازه‌های هوشمند استفاده می‏‌شود، پیزوالکتریک‌‏ها - موادی با قابلیت تبدیل انرژی الکتریکی و مکانیکی به یکدیگر - هستند.

وی ادامه داد: تاکنون مطالعه‌‏های گوناگونی درخصوص سامانه‌‏های پیزوالکتریک‏ و کاربرد‌های آن‏‌ها در حوزه‏‌های مختلف صورت گرفته است که اغلب به بهینه‏‌سازی ماده پیزوالکتریک یا پیکربندی سامانه پرداخته شده است. 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 بهینه‏‌سازی 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 پروژه‏‌های خود 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.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر اظهار کرد: نتیجه‏‌ها نشان داد که در سیکل‏‌های متمادی نه تنها خواص افت نمی‏‌کنند بلکه بهبود می‌‏یابد. در آخرین گام پروژه، مدل ریاضی ارائه شد که برای اولین بار ارتباطی بین ویژگی‏‌‎های ساختاری لایه‌ی الیاف، خاصیت مکانیکی الیاف و خاصیت پیزوالکتریک مواد با یکدیگر برقرار کرد. مدل ارائه شده علاوه بر کمک به تحلیل رفتار سامانه الیافی پیزوالکتریک، تاثیر چشمگیری در طراحی و بهینه‌‏سازی فرآیند تولید سامانه و تجاری‏‌سازی آن‏‌ها در هر سطح از حساسیت مطلوب خواهد کرد و سبب صرفه‌جویی در زمان و مواد اولیه خواهد شد.

وی تصریح کرد: 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 اظهار کرد: در وهله اول، خروجی این تحقیق در فناوری منسوجات هوشمند و ساخت حسگر‌ها و مبدل‏های منعطف قابل استفاده است. 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.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر در خصوص نتایج این کار گفت: ادامه 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 است. در بخش منسوج هوشمند در مرحله بعدی لازم است تا لایه و سامانه به منظور پیاده‏‌سازی برروی 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.

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

گفتنی است؛ اساتید راهنمای این پروژه  مسعود لطیفی، عبدالحسین صادقی و استاد مشاور آن روح ‏اله 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.