بهبود رفتار الکترومکانیکی یک پلیمر انعطاف‌پذیر
مواد پیزوالکتریک تنش مکانیکی را به الکتریسیته یا برعکس تبدیل می‌کنند و می‌توانند در حس‌گرها، محرک‌ها و بسیاری از کاربردهای دیگر مفید باشند. به گفته Qiming Zhang، استاد برجسته مهندسی برق، اما اجرای پیزوالکتریک در پلیمرها موادی که از زنجیره‌های مولکولی تشکیل‌شده‌اند و معمولاً در پلاستیک‌ها، داروها و موارد دیگر استفاده می‌شوند می‌تواند دشوار باشد.
Zhang و تیمی از محققان میان‌رشته‌ای به رهبری ایالت پنسیلوانیا، پلیمری با اثربخشی پیزوالکتریک قوی ساختند درحالی‌که منجر به 60% تولید برق کارآمدتر نسبت به نسخه‌های قبلی شد. آن‌ها نتایج خود را 25 March در Science منتشر کردند.
Zhang گفت: در طول تاریخ، اتصال الکترومکانیکی پلیمرها بسیار کم بوده است. ما قصد داریم این امر را بهبود بخشیم زیرا نرمی نسبی پلیمرها آن‌ها را به گزینه‌های عالی برای محرک‌ها و حس‌گرهای نرم در زمینه‌های مختلف ازجمله حس‌گر زیستی، ردیاب صوتی، عضلات مصنوعی و موارد دیگر تبدیل می‌کند.
برای تهیه این ماده، محققان عمداً ناخالصی‌های شیمیایی را به داخل پلیمر وارد کردند. این فرآیند که به عنوان دوپینگ شناخته می‌شود، به محققان اجازه می‌دهد که خواص یک ماده را برای ایجاد اثرات مطلوب تنظیم کنند به شرط آن‌که آن‌ها آمار صحیح ناخالصی‌ها را جمع‌بندی کنند. افزودن بیش‌ازحد کم از یک ماده ناخالص می‌تواند از اثر مطلوب ناشی از آغازگر جلوگیری کند، درحالی‌که افزودن بسیار می‌تواند ویژگی‌های ناخوشایند ای را ایجاد کند که عملکرد ماده را مختل می‌کند.
دوپینگ فاصله بین بارهای مثبت و منفی در اجزای ساختاری پلیمر را منحرف می‌کند. انحراف بارهای مخالف را از هم جدا می‌کند درحالی‌که به اجزا اجازه می‌دهد تا بار الکتریکی بیرونی را به‌طور مؤثرتری جمع کنند. به گفته Zhang، این تجمع انتقال الکتریسیته در پلیمر را افزایش می‌دهد، هنگامی‌که آن تغییر شکل می‌دهد.
برای تقویت اثر دوپینگ و اطمینان از هم‌سویی زنجیره‌های مولکولی، محققان پلیمر را تحت کشش قراردادند. به گفته Zhang، این هم‌سویی، بیش‌تر از یک پاسخ الکترومکانیکی را ایجاد می‌کند نسبت به پلیمری با زنجیره‌هایی که به‌طور تصادفی هم‌سو شدند.
Zhang گفت: بازده تولید الکتریسیته پلیمر بسیار افزایش‌یافته است. با این فرآیند، ما به بازدهی 70% دست‌یافتیم بهبودی چشم‌گیر نسبت به 10% راندمان قبلی.
این عملکرد الکترومکانیکی قوی که بیش‌تر در مواد سرامیکی سفت رایج است، می‌تواند طیفی از کاربردها را برای پلیمر انعطاف‌پذیر فراهم کند. ازآنجایی‌که پلیمر در برابر امواج صوتی مشابه آب و بافت‌های انسانی مقاومت نشان می‌دهد، می‌توان آن را برای استفاده در تصویربرداری پزشکی، هیدروفون‌های زیر آب یا حس‌گرهای فشار به کار برد. به گفته Zhang، پلیمرها تمایل دارند نسبت به سرامیک‌ها سبک‌تر و قابل تنظیم‌تر نیز باشند، بنابراین این پلیمر می‌تواند فرصت‌هایی را برای بررسی بهبودها در تصویربرداری، روباتیک و موارد دیگر فراهم کند.
لینک خبر
https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220324143755.htm