Kendi Enerjisini Üretebilen Metamalzeme Geliştirildi
Bir grup bilim insanı hem kendi kendisinin sensörü gibi davranan hem de kendi enerjisini üretebilen bir metamalzeme geliştirdi.
Sensörler üzerine çalışmalar yapan Pittsburgh Üniversitesi Swanson Mühendislik Okulu iSMaRT Laboratuvarından araştırmacılar, hem kendi kendisinin sensörü gibi davranan -örneğin çeşitli parçalarının üzerindeki basınç ve gerilim gibi fiziksel etkenleri algılayabilen- hem de içerdiği nanojeneratör ile kendi enerjisini üretebilen metamalzeme geliştirdi. Metamalzemeler; doğada kendiliğinden bulunan malzemelerden farklı özelliklere sahip, laboratuvar ortamında üretilen yapay malzemelerdir.
Daha önceleri geliştirilmiş, kendi kendisini algılama özelliği bulunan malzemelerdeki algılama mekanizması genellikle çeşitli türde karbon fiberler içeriyordu. Geliştirilen yeni malzeme ise sürtünmeyle elektriklenme ve kendi kendisini algılama özelliklerine sahip farklı malzemelerin mikro ölçekte bir araya getirilmesiyle üretildi. Metamalzemenin yapısında sürtünmeyle elektriklenebilen dielektrik ve iletken malzemeler yer alıyor.
Laboratuvar ortamında nano ölçekte üretilen bir metamalzeme prototipi
Metamalzemenin önemli özelliklerinden bir diğeri ise haricî bir güç kaynağına ihtiyaç duymaması. Malzeme, içerisindeki nanojenaratörle ihtiyacı olan enerjiyi kendi üretiyor. Bu malzemenin makro ölçekteki bir benzerinden yüzlerce Watt güç elde edilebilir.
Malzemedeki nanojenaratör, elektrik üretmek için triboelektrik etkiden yararlanıyor. Triboelektrik etki, birbirine sürtülen iki malzemenin elektron alışverişi yaparak yük kazanması ya da kaybetmesidir. Triboelektrik etkiye örnek olarak birbirine sürütülen cam ve yünün elektriklenmesi verilebilir.
Araştırmacılar, geliştirilen yeni malzemeyi kullanarak sağlık, havacılık ve biyomedikal mühendisliği uygulamaları için prototip tasarımlar oluşturdular. Bu tasarımlardan biri, daha küçük ölçekte tasarlanan bir kalp stenti. Bu stent, kan akışının izlenmesine ve kan damarlarındaki daralmanın tespit edilmesine yardımcı oluyor. Aynı tasarım, makro ölçekte üretilerek yapısındaki hasarları tespit edebilen bir köprü kirişi oluşturmak için de kullanıldı. Gelecekte yeni malzemeden uzay araştırmalarında da faydalanılması planlanıyor.
Sözlük:
Dielektrik: Elektrik akımını çok az ileten ya da hiç iletmeyen.
Nanojeneratör: Mekanik veya termal enerjileri fiziksel değişimlerle elektrik enerjisine dönüştürebilen bir teknoloji türü.
Kaynak:
- Barri, K. ve ark., “Multifunctional meta-tribometarial nanogenerators for Energy harvesting and active sensing”, Nano Energy, Cilt 86, Sayı 2, 2021.
