تولید برداشتکننده منعطف انرژی الکتریکی در دانشگاه امیرکبیر
دانشگاه صنعتی امیرکبیر، محمد سجاد سرایانی بافقی دانشجوی مقطع دکتری دانشکده مهندسی نساجی این دانشگاه و مجری طرح «تحلیل عملی و نظری عملکرد برداشت انرژی الکتریکی از لایه های الیافی پلیوینیلیدینفلوراید» گفت: در دهههای اخیر تغییرات چشمگیری در بسیاری از شاخه های علم و صنعت رخ داده است که تأثیر فراوانی بر زندگی انسانها گذاشته است. این گسترش سریع فناوری به نزدیک شدن شاخه های مختلف علم بهیکدیگر منجر شده است.
وی افزود: سازه های لیفی هوشمند از جمله دستاوردهای فناوری امروزی است که در زمینه های مختلفی کاربرد دارد. یکی از مهمترین موادی که برای تولید این سازه های هوشمند استفاده می شود، پیزوالکتریک موادی با قابلیت تبدیل انرژی الکتریکی و مکانیکی بهیکدیگر است.
محقق دانشگاه امیرکبیر اظهار داشت: تاکنون مطالعه های گوناگونی درخصوص سامانه های پیزوالکتریک و کاربردهای آنها در حوزه های مختلف صورت گرفته است که اغلب به بهینه سازی ماده پیزوالکتریک یا پیکربندی سامانه پرداخته شده است. در این میان برخی از پژوهش ها نیز با تمرکز بر حسگرها و مبدل های منعطف پیزوالکتریک انجام شده است.
سرایانی ادامه داد: با وجود آنکه هدف نهایی این مطالعه ها و سرانجام آنها ارائه یک محصول است، تا کنون تحقیق مشخصی در خصوص رفتار این سامانه ها در حین استفاده و با گذر زمان صورت نگرفته است و جای خالی این مسئله بسیار مهم همچنان احساس میشود. به همین دلیل هدف اصلی در این مطالعه بررسی عملکرد سامانه در زمان استفاده است تا تعیین شود که سامانه های منعطف پلیمری پیزوالکتریک، تا چه زمان بدون افت خصوصیت قابل بهرهگیری است و ویژگی آنها در طول استفاده، دچار چه تغییرهایی می شود.
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 پیزوالکتریک ها ارائه شد که امکان پیش بینی، تحلیل و بهینه سازی عملکرد سامانه های الیافی تولید شده از پلیمرهای پیزوالکتریک را فراهم می سازد.
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 پروژه های متعددی در سایر دانشکده های دانشگاه امیرکبیر کمک قابل توجهی کرد. اکنون تیم های تحقیقاتی متعددی برای ارزیابی نمونه های تولیدی در پروژه هایشان از این دستگاه در دانشگاه صنعتی امیرکبیر، استفاده می کنند.
وی گفت: در ادامه پروژه، خواص مکانیکی و الکتریکی سامانه های پیزوالکتریک الیافی ارزیابی شد و تغییرات آنها هنگام استفاده در فرکانس ها و سیکل های مختلف استفاده مورد بررسی قرار گرفت که نتایج جالب و چشمگیری داشت.
این محقق درباره نتایج این پروژه اظهار داشت: نتایج نشان داد در سیکل های متمادی نه تنها خواص افت نمی کند بلکه بهبود می یابد. در آخرین گام پروژه، مدل ریاضی ارائه شد که برای اولین بار ارتباطی بین ویژگی های 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 بهینه سازی فرآیند تولید سامانه و تجاری سازی آنها در هر سطح از حساسیت مطلوب خواهد کرد و سبب صرفه جویی در زمان و مواد اولیه خواهد شد.
وی گفت: برای انجام این پروژه، پس از تولید سامانه های پیزوالکتریک الیافی بر اساس مطالعه های پیشین، بسترها در فرکانس، سیکل و بازه های زمانی مختلف تحت بارگذاری قرار گرفتند و خاصیت پیزوالکتریک و مکانیکی آنها مورد ارزیابی قرار گرفت.
در وهله اول، خروجی این تحقیق در فناوری منسوجات هوشمند و ساخت حسگرها و مبدل های منعطف قابل استفاده است. همچنین خروجی این تحقیق در مهندسی پزشکی در شاخه های مهندس بافت و کاشت سلول و طراحی ابزار الکترونیکی کاشته شده در بدن نیز قابل استفاده است.
وی در خصوص نتایج این کار گفت: ادامه این تحقیق را می توان در دو حوزه منسوج های هوشمند و مهندسی پزشکی ادامه داد. در حوزه مهندسی پزشکی ادامه مسیر به صورت انجام آزمایش های in vitro، in vivo و درنهایت آزمایش های حیوانی است. در بخش منسوج هوشمند در مرحله بعدی لازم است لایه و سامانه به منظور پیاده سازی برروی لباس بهینه شده و یک نمونه نیمه صنعتی از لباس طراحی شود.
این دانش آموخته دانشگاه امیرکبیر در خصوص مزیت های رقابتی طرح گفت: تمرکز بر یکنواختی عملکرد و طول عمر سامانه ها و همچنین ارائه یک مدل ریاضی که امکان بهینه سازی و پیش بینی رفتار سامانه را فراهم می سازد، از جمله مزایای رقابتی طرح به شمار می رود.
وی در خصوص کاربردهای این پروژه گفت: نتایج این پروژه در حوزه های منسوجات هوشمند و همچنین مهندسی پزشکی قابل استفاده است. علاوه بر این خروجی این تحقیق در ابزارهای میکروالکترونیک و گجت های پوشیدنی نیز کاربرد دارد.
اساتید راهنمای این پروژه مسعود لطیفی، عبدالحسین صادقی و استاد مشاور آن روح اله باقرزاده اعضای هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر بودند و بخشی از این پروژه با همکاری دانشگاه پیزای ایتالیا (UniPi) و مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) انجام شد.
