“Các thiết bị chúng tôi chế tạo
sử dụng những vật liệu được tối ưu hóa vận hành tốt hơn khoảng chừng 5 đến 50
lần so với bất cứ những thiết bị nào khác đã được báo cáo”, giáo sư
Trolier-McKinstry đến từ Trường Đại học bang Penn cho biết.
Để cung cấp điện cho hàng triệu
thiết bị, nhu cầu về những thiết bị thu năng lượng rất lớn. Bằng cách cung cấp
năng lượng không ngừng cho một cục pin sạc hoặc một siêu tụ điện, những thiết bị
thu năng lượng có thể giảm chi phí lao động để thu gom và tháo pin ra khi pin bị
hỏng.
Một số tinh thể có thể tạo ra
dòng điện khi bị nén hoặc những tinh thể này có thể biến đổi hình dạng khi gắn
dòng điện vào. Hiệu ứng áp điện này được sử dụng trong các thiết bị siêu âm và
định vị dưới mặt nước, và cũng được dùng để thu năng lượng.
Trong công trình nghiên cứu này,
Trolier-McKinstry và cựu nghiên cứu sinh tiến sĩ của mình, Hong Goo Yeo, đã sử
dụng một vật liệu áp điện nổi tiếng, PZT, và phủ vật liệu này lên cả hai mặt của
một lá kim loại dẻo với độ dày gấp 4 hoặc 5 lần ở những thiết bị trước đây. Khối
lượng vật liệu này càng lớn đồng nghĩa với việc sẽ phát ra nhiều điện hơn. Bằng
cách định hướng cấu trúc tinh thể của lớp màng này để tối ưu hóa sự phân cực,
hiệu suất thu năng lượng được gia tăng.
Trolier-McKinstry cho biết: “Có
một số khó khăn về mặt khoa học khi tìm kiếm vật liệu tốt. Đầu tiên là làm sao
để đạt được độ dày của lớp màng ở mức độ cao trên một lá kim loại dẻo. Sau đó,
chúng tôi cần có định hướng tinh thể phù hợp để đạt được hiệu ứng áp điện mạnh
nhất”.
Các cộng sự đến từ Trường Đại
học Utah và Khoa Kỹ thuật Cơ khí của Trường Đại học bang Penn đã thiết kết một
thiết bị mới lạ giống chiếc đồng hồ đeo tay, tích hợp vật liệu PZT và lá kim
loại. Thiết bị này sử dụng một khối quay lệch tâm bằng đồng thau, xoay tự do, có
gắn một cục nam châm, và rất nhiều con lắc bằng PZT có gắn nam châm trên mỗi con
lắc. Khi cục nam châm trên khối quay đến gần một trong những con lắc này, các
nam châm đẩy nhau và làm chệch hướng rồi giật khối quay này theo một quy trình
được gọi là sự chuyển đổi tần số. Tần số thấp của một cái xoay cổ tay được
chuyển đổi thành một dao động tần số cao hơn. Thiết kế của thiết bị này hiệu quả
hơn một thiết bị thu điện từ tiêu chuẩn – giống như các thiết bị được sử dụng ở
những chiếc đồng hồ tự động.
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu
tin rằng họ có thể nhân đôi công suất đầu ra bằng cách sử dụng quy trình nung
kết lạnh, đây là một công nghệ tổng hợp nhiệt độ thấp do Trường Đại học bang
Penn phát triển.
AT (Phys.org)