Японская исследовательская группа выяснила микроскопический механизм, в котором аморфный диоксид кремния (1) становится отрицательно заряженным, как сборщик вибрационной энергии (2), который, как ожидается, обеспечит автономное генерирование энергии без зарядки. В отличие от энергии ветра и солнечной энергии, на генерацию вибрационной энергии, которая использует естественную вибрацию для выработки энергии, не влияют погодные условия.
Сборщик вибрационной энергии, в котором используется электрет с ионами калия, который ранее был разработан исследовательской группой, представляет интерес, поскольку может работать полупостоянно. Электрет ионов калия (3) представляет собой сборщик энергии колебаний, который использует введение атомов калия в аморфный диоксид кремния для создания отрицательного заряда на аморфном диоксиде кремния. Однако его микроскопический механизм был неизвестен, что затрудняло улучшение его характеристик.
Посредством квантово-механических расчетов группа исследователей обнаружила, что когда атомы калия вставляются в аморфный кремнезем, электроны передаются от атома калия к атому кремния. Это заставляет атом кремния вести себя как атом фосфора. Атомы кремния образуют 5 ковалентных связей с атомами кислорода вместо обычных 4, создавая структуру SiO 5 . Мы обнаружили, что именно эта структура накапливает отрицательный заряд.
Этот результат дает рекомендации по проектированию для повышения надежности и долговечности комбайнов вибрационной энергии. Это позволило бы датчикам, не требующим зарядки, стать широко доступными и способствовать актуализации Интернета ufl;tnjd (IoT).
Это исследование было проведено совместно исследовательскими группами профессора Гена Хасигути с инженерного факультета Университета Сидзуока и профессора Хироши Тосиёси из Института промышленных наук Токийского университета, а также профессора Кенджи Сираиси, аспиранта Тору Наканиши, исследователя Кенты Чокава, и доцентf Масааки Арадаи из Института материалов и систем устойчивого развития Нагойского университета в рамках программ стратегических фундаментальных исследований JST. JST стремится создать инновационные базовые технологии, которые преобразуют неиспользованную микроскопическую энергию окружающей среды в электрическую. Этот результат будет представлен на 37-м симпозиуме по датчикам «Датчики, микромашины и прикладные системы», который будет проводиться в Интернете.
(1) Аморфный кремнезем
Кремнезем относится к любой форме диоксида кремния (SiO 2), состоящей из кремния (Si) и кислорода (O). Кварц и кристаллы кварца входят в состав кремнезема. Аморфный кремнезем — это то место, где атомное расположение кремнезема довольно случайное. Его часто обозначают как a-SiO 2.
(2) Сборщик энергии колебаний
Система, которая преобразует естественные колебания (колебания, вызванные движущимися автомобилями и людьми, идущими пешком) в электрическую энергию. Он может самостоятельно подавать электроэнергию и использоваться в различных целях без подзарядки.
(3) электрет иона калия
Электрет — это заряженный объект, сделанный из материалов, в которых, как и в случае магнитной поляризации в постоянных магнитах, диэлектрическая поляризация остается в диэлектрике даже при потере электрического поля. Он был назван электретом в связи с магнитами. В электрете с ионами калия атом калия вставляется в аморфный диоксид кремния, а затем удаляется, что вызывает полупостоянный отрицательный заряд аморфного диоксида кремния.
