Menü
içinde

Nanojeneratörler

Nanojeneratörler

Teknolojinin gelişmesi ve canlı popülasyonunun artışı yüzünden enerji tüketimi artmıştır. Enerjinin tüketiminin artması kaynaklarımızın azalmasına ve doğanın zarar görmesine neden olmuştur. Bilim insanları da bu sebeplerden dolayı daha az zararlı ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmeye ve daha sağlıklı enerji üretme yolları bulmaya çalışmışlardır. Bunların başında güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, biyokütle enerjisi vs. örneklerini verebiliriz. Bilim insanları çevremizde farkında olmadığımız enerjileri keşfetmeye başlamıştır. Bu,  hem enerjinin boşa harcanmaması hem de doğaya daha az zarar vermesi açısından önemlidir. Doğada bulunması en kolay enerji, maddelerin hareketleriyle oluşan enerjidir, yani mekanik enerjisidir. Bu da bilim insanlarının bu konuya yoğunlaşmasını ve bu enerjiyi kullanmak için çalışmalar yapmasını sağlamıştır. Mekanik enerjisinin araştırılmasıyla nanojeneratörler kavramı ortaya çıkmıştır. Tanım olarak; nanojeneratörler, mekanik veya termal enerjileri yapısında küçük ölçekli değişimler ile elektrik enerjisine dönüştürmemizi sağlayan bir teknolojidir. Nanojeneratörler genel olarak üç yapıda oluşturulur. Bunlardan ikisi mekanik enerji kullanılarak elektrik enerjisine çevirmemizi sağlayan Piezoelektrik ve Triboelektik nanojeneratörlerdir. Üçüncüsü ise termal enerjiyi kullanarak elektrik enerjisine çeviren Pyroelektrik nanojeneratördür.

Piezoelektrik Nanojeneratörler

   Piezoelektrik mekanik bir enerjiyi elektriğe ya da elektrik enerjisini mekanik enerjiye çevrilmesidir. Piezoelektrik polimerlerden, aynı doğrultuda uygulanan basma ve çekme sırasında malzeme içinde ki yapının her iki tarafında bulunan pozitif ve negatif yüklerin ortaya çıkmasıyla oluşur. Yani, pozitif ve negatif kutuplaşmayı sağlayan bir basınç uygulandığında bu iki zıt kutup arasında mesafe azalacak bu şekilde de yük oluşacaktır. Bu sistem de iletken bir materyal ile birleştirildiğinde akım akmaya başlayacaktır. Piezoelektrik nanojeneratörler de bu malzemeler üzerinde uygulanan mekanik baskıya, tepki olarak bir elektrik alan meydana getirirler.
   Piezoelektrik etkinin oluşması için kullanılan malzemenin sahip olması gereken en önemli özellik simetri merkezi olmayan kristaller olmasıdır. Bu malzemelerden en çok kullanılan kurşun-zirkonyum-titanyum (PZT) seramiktir ve bunun haricinde genel olarak kullanılan  malzemeler şunlardır:

  • Kuartz (SiO2)
  • Turmalin
  • Baryum Titanat (BaTiO3)
  • Çinko Oksit (ZnO)
  • PVDF (Poli-vinilidin-klorür)

   Piezoelektrik  nanojenaratörler bağlantılarında iki farklı yerleşme yöntemi vardır. Bunlar VING ve LING’tir. Yani dikey ve yatay nanotellidir.VING, Vertical Nanowire Integrated Nano Genarator, yani dikey nanotelli entegre nanojenaratörler anlamına gelmektedir; LING ise Lateral Nanowire Integrated Nano Genarator, yani yatay diğer bir deyişle yüzeysel nanotelli entegre nanojenaratörler anlamına gelir.Aşağıdaki şekillerde de VING ve LING bağlantı yöntemlerini görmekteyiz.

VING Yerleşm
LING Yerleşme
Triboelektrik Nanojeneratörler

   Triboelektrik, belli maddelerin başka maddeler ile sürtünme teması sonrası elektriksel olarak yüklü hale geldiği dokunma ile elektriklenmenin bir türüdür. Triboelektrik nanojeneratörler mekanik bir enerjiyi, triboelektrik etki ve elektrostatik indüksiyonun bileşimi ile elektriğe dönüştüren bir enerji üretim cihazıdır. Bu nanojeneratörlerin güç üretme mantığı ise  iç devrede, zıt tribo-polarite gösteren iki ince organik / inorganik film arasındaki yük aktarımı nedeniyle triboelektrik etki tarafından bir potansiyel yaratılır; dış devrede elektronlar, potansiyeli dengelemek için filmlerin arka taraflarına tutturulmuş iki elektrot arasında akmaya yönlendirilir ve elektrik alan oluşur. Triboelektrik nanojeneratörler; insan hareketi, yürüme, dönen lastik, rüzgar gibi günlük hayattaki boşa giden enerjinin düşük maliyet, çevre dostu ve sağlamlıkla elektriğe dönüşmesini sağlayan güvenilir enerji kaynaklarıdır. Bu yeni nanojeneratörlerin üç farklı çalışma modu vardır;
1) Dikey Ayırma Mod
2) Yanal Kayma Mod
3) Tek Elektrot Mod

Uygulama Alanları
   Triboelektrik nanojeneratörler üzerinde çok fazla çalışmalar yapıldı. Bunların bir örneği, California Üniversitesi’nin Snow TENG adını verdikleri cihazdır.Karın pozitif yükü ile ona zıt yükte malzemelerle sürtünmesi sonucu çıkacak enerji kullanılmıştır.Zıt yüklü malzeme olarak alimünyum, teflon, silikon vs.  bir çok malzeme ile testleri yapıldı ve en fazla şarj üreten maddenin silikon olduğu gözlemlendi. Silikon ile yaptıkları bu sistemi güneş panallerine entegre ederek, kar yağsa dahi elektrik üretimine devam etmiş oldular.
   Bir diğer önemli çalışma ise  Madison Üniversitesi tarafından yapılmıştır. Nanojeneratör oyuncak bir arabanın tekerleklerine entegre edildi. Araç led ışıklar ile donatıldı ve kumanda ile araç hareket ettirildiğinde tekerin üzerindeki elektrotların zemine değdikçe ledlerin yandığı gözlemlendi. Bu deney sayesinde sürtünmeden kaynaklı kaybolan enerjiyi tekrar kullanarak enerji israfı önlenmiş oldu.

Pyroelektrik Nanojeneratörler

   Pyoelektrik nanojeneratörler diğer ikisinden farklı olarak mekanik enerjiyi değil termal enerjiyi elektrik enerjisine çevirerek çalışır. Pyroelektrik nanojeneratörler temelinde zamana bağlı sıcaklık dalgalanmasından faydalanmaktadır. İlk pyroelektrik nanojeneratör 2012 yılı içinde Georgia Teknoloji Enstitüsü’nde Prof. Zhong Lin Wang tarafından tanıtıldı. Nanojeneratörlerin  bu yeni türü, kablosuz sensörler, sıcaklık görüntüleme ve  tıbbi teşhis gibi potansiyel uygulamaları vardır .

-https://www.wikipedia.org/
-Piezoelectric Nanomaterials for Biomedical Applications by Gianni Ciofani and Arianna Menciassi
-Tree Hugger

 

Yazar

Exit mobile version