التطورات في المركبات الكهروضغطية تتيح استغلال وتفسير الطاقة الحركية

في مقال سابق، ناقشنا المواد الكهروضغطية، التي لا تزال مغطاة بالغموض لدى الجمهور العام رغم استخدامها الشائع عبر مختلف الصناعات.  خلف الكواليس، الأمر ليس كذلك، حيث يواصل العلماء عملهم الجاد في تطوير مركبات كهروضغطية جديدة وأكثر كفاءة، والتي على وشك فتح تطبيقات جديدة حيث يجب استغلال الطاقة الحركية ومراقبتها.

This was recently highlighted in a paper published in the Wiley Online Library, which saw the development and integration of a flexible piezoelectric composite into sporting equipment with the purpose of offering battery-free sensors monitoring impacts, steps, and more.  The composite was successfully developed through the use of unidirectional carbon fibers, which were used as a means of reinforcement meant to give the piezoelectric material the necessary durability for real-world applications.

مراجعة سريعة

As our understanding of material science continues to increase, so does the potential behind materials that boast piezoelectric properties.  With that in mind, a refresher on how piezoelectric materials may be due.  The following is an excerpt from a past article of ours looking at these useful substances.

تسمح المواد الكهروضغطية لنا باستغلال الطاقة الحركية، من خلال تحويل القوة إلى شحنة كهربائية.  تم تعريفها لأول مرة من قبل الأخوين كوري في عام 1880، وأصبح مبدأ الكهروضغطية مبدأ أساسيًا يُستغل في التكنولوجيا الحديثة.

تشير الكهروضغطية إلى قدرة المادة على إنتاج شحنة كهربائية عندما يُطبق ضغط ميكانيكي. تُنتج هذه الشحنة الكهربائية نتيجة لعدم تماثل القسر.  في المواد الكهروضغطية، تُفصل الشحنات الموجبة والسالبة عن بعضها البعض، مع بقائها مرتبة بنمط متماثل.  عندما يُطبق الضغط الميكانيكي على المادة، يُفقد هذا التماثل، مما يؤدي إلى إنتاج شحنة كهربائية.

الطور بيتا من PVDF.

خاصية فريدة أخرى للمواد هي الطبيعة العشوائية ووجود نطاقات وايس (المجالات المغناطيسية) التي تتجه مغناطيسيًا دون تأثير مغناطيسي خارجي.
اكتُشف لاحقًا أن هذه المواد نفسها أظهرت خاصية عكسية مباشرة للتأثير الكهربائي.  تبين أنه إذا تم تطبيق شحنة كهربائية على المادة، فإن تشوهًا ميكانيكيًا قابلًا للتكرار يحدث داخل المادة.  قدم هذا الاكتشاف فائدة كبيرة لهذه المواد، حيث ضاعف عمليًا من حالات استخدامها المحتملة.

المشاركة في معرض CES 2024

DeRUCCI Group قدمت خطًا جديدًا من تقنيات صحة النوم، بما في ذلك المراتب الذكية وغيرها من حلول إنترنت الأشياء (IoT) الذكية المصممة لنوم أكثر صحة.  هذه المراتب تتضمن ميزات متقدمة مثل حساسات النوم/الصحة المدعومة بالذكاء الاصطناعي ووحدات دعم هوائي مع حساسات سيراميك كهروضغطية، والتي، إلى جانب مراقبة النوم المتقدمة بالذكاء الاصطناعي، تسمح بتعديلات تلقائية للارتفاع والصلابة.

Goertek Inc. أيضًا أحدثت ضجة بمجموعة متنوعة من المنتجات في الحدث.  من بين عروضها كانت التطورات في الإلكترونيات السيارات، بما في ذلك وحدة تحكم مركزية داخل السيارة تدمج تقنية رد فعل لمسي كهروضغطي. يمثل هذا الابتكار خطوة نحو تحسين تجربة التفاعل داخل المركبات.

Boreas Technologies عرضت منتجًا مبتكرًا في مجال الروبوتات، وهو بالتحديد “أزرار لمسية صلبة الحالة من بوريا” (Boréas Solid-State Piezo Haptic Buttons).  يُوصف هذا المنتج بأنه يمثل تقدمًا كبيرًا في تقنية اللمس، حيث يستخدم مواد كهروضغطية لإنشاء تجربة مستخدم أكثر لمسية واستجابة.

These products highlight the versatile nature of piezoelectric materials across different sectors, demonstrating their growing importance in the development of smart, responsive technologies.