Fortschritte bei piezoelektrischen Verbundwerkstoffen ermöglichen das Nutzen und Interpretieren von kinetischer Energie

In einem früheren Artikel, haben wir piezoelektrische Materialien diskutiert, die in der breiten Öffentlichkeit weiterhin im Dunkeln bleiben, obwohl sie in verschiedenen Branchen häufig eingesetzt werden.  Hinter den Kulissen ist das jedoch nicht der Fall, da Wissenschaftler intensiv daran arbeiten, neue und immer effizientere piezoelektrische Verbundwerkstoffe zu entwickeln, die kurz davor stehen, neue Anwendungen zu ermöglichen, in denen kinetische Energie genutzt und überwacht werden muss.

Dies wurde kürzlich in einem Papier hervorgehoben, das in der Wiley Online Library veröffentlicht wurde und die Entwicklung sowie Integration eines flexiblen piezoelektrischen Verbundwerkstoffes in Sportausrüstung zeigte, mit dem Ziel, batterielose Sensoren zur Überwachung von Aufprall, Schritten und mehr anzubieten.  Der Verbundwerkstoff wurde erfolgreich durch den Einsatz von unidirektionalen Kohlenstofffasern entwickelt, die als Verstärkungsmaßnahme dienten, um dem piezoelektrischen Material die für reale Anwendungen notwendige Haltbarkeit zu verleihen.

Ein kurzer Überblick

Während unser Verständnis der Materialwissenschaften weiter zunimmt, wächst auch das Potenzial von Materialien, die piezoelektrische Eigenschaften besitzen.  Vor diesem Hintergrund ein kurzer Überblick darüber, wie piezoelektrische Materialien funktionieren könnten.  Im Folgenden ein Auszug aus einem früheren Artikel von uns, der diese nützlichen Substanzen behandelt.

Piezoelektrische Materialien ermöglichen es uns, kinetische Energie zu nutzen, indem sie Kraft in eine elektrische Ladung umwandeln.  Erst definiert von den Curie‑Brüdern im Jahr 1880, ist die Piezoelektrizität zu einem grundlegenden Prinzip geworden, das in der modernen Technologie genutzt wird.

Piezoelektrizität bezieht sich auf die Fähigkeit einer Substanz, eine elektrische Ladung zu erzeugen, wenn mechanische Belastung angelegt wird. Diese elektrische Ladung entsteht durch erzwungene Asymmetrie.  In piezoelektrischen Materialien werden positive und negative Ladungen voneinander getrennt, während sie in einem symmetrischen Muster ausgerichtet bleiben.  Wenn mechanische Belastung auf die Substanz ausgeübt wird, geht diese Symmetrie verloren, was zur Erzeugung einer elektrischen Ladung führt.

PVDF‑Beta‑Phase.

Eine weitere einzigartige Eigenschaft der Materialien ist die zufällige Natur und das Vorhandensein von Weiss‑Domänen (magnetisch ausgerichtet ohne äußeren magnetischen Einfluss).

Später wurde entdeckt, dass dieselben Materialien eine direkte inverse Eigenschaft zum elektrischen Effekt zeigten.  Es wurde festgestellt, dass bei Anlegen einer elektrischen Ladung an das Material wiederholbare mechanische Verformungen im Material auftreten.  Diese Entdeckung verlieh den Materialien großen Nutzen, da sie im Wesentlichen ihre potenziellen Anwendungsfälle verdoppelten.

Auf der CES 2024

DeRUCCI Group stellte eine neue Reihe von Schlafgesundheitstechnologien vor, darunter intelligente Matratzen und verschiedene andere smarte Internet‑der‑Dinge (IoT)-Lösungen für gesünderen Schlaf.  Diese Matratzen integrieren fortschrittliche Funktionen wie KI‑Schlaf‑/Gesundheitssensoren und Luftunterstützungseinheiten mit piezoelektrischen Keramiksensoren, die zusammen mit fortschrittlicher KI‑Schlafüberwachung automatisierte Höhen- und Festigkeitsanpassungen ermöglichen.

Goertek Inc. sorgte ebenfalls für Aufsehen mit einer vielfältigen Produktpalette auf der Veranstaltung.  Zu ihren Angeboten gehörten Fortschritte in der Fahrzeug‑Elektronik, darunter eine Mittelkonsole im Fahrzeug, die piezoelektrische taktile Rückmeldetechnologie integriert. Diese Innovation stellt einen Fortschritt zur Verbesserung des interaktiven Erlebnisses in Fahrzeugen dar.

Boreas Technologies präsentierte ein innovatives Produkt im Bereich Robotik, speziell seine „Boréas Solid‑State Piezo Haptic Buttons.“  Dieses Produkt wird als bedeutender Fortschritt in der haptischen Technologie beschrieben, der piezoelektrische Materialien nutzt, um ein taktileres und reaktionsschnelleres Benutzererlebnis zu schaffen.

Diese Produkte verdeutlichen die vielseitige Natur von piezoelektrischen Materialien in verschiedenen Sektoren und zeigen ihre wachsende Bedeutung bei der Entwicklung intelligenter, reaktionsfähiger Technologien.