मुड़ कार्बन नैनोट्यूब प्रति किलोग्राम 250 वाट तक पहुंचते हैं

यांत्रिक तरीके से बिजली प्राप्त करना बहुत महत्वपूर्ण कार्य है, क्योंकि आसपास की दुनिया में कई चीजें हैं जो निरंतर गति में हैं: मानव शरीर पर समुद्र की लहरों से कपड़े तक। कार्य का महत्व इस क्षेत्र में शोधकर्ताओं की एक बड़ी संख्या को आकर्षित करता है। नतीजतन, अब यांत्रिक ऊर्जा एकत्र करने के कई तरीके हैं, लेकिन उनमें से कई के कुछ नुकसान हैं।

उदाहरण के लिए, विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा जनरेटर मिलीमीटर आकार में स्केल होने पर कम विशिष्ट शक्ति और वाट की उच्च लागत से पीड़ित होते हैं। पीजोइलेक्ट्रिक और फेरोइलेक्ट्रिक हार्वेस्टर उच्च आवृत्ति वाले छोटे विकृतियों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हैं, विशेष रूप से माइक्रोवेव आवृत्तियों पर प्रतिध्वनित होते हैं, लेकिन बड़े विरूपण से ऊर्जा एकत्र करने के लिए उनमें लोच की कमी होती है। लिथियम बैटरी और आयनिक पॉलीमर-मेटल कम्पोजिट हार्वेस्टर की विकृति से ऊर्जा एकत्र करने सहित विद्युत प्रवाहित करने की क्रिया से विद्युत उत्पादन एकत्र करने के तरीकों के साथ-साथ विद्युत उत्पादन को बढ़ाने के तरीकों के साथ-साथ अभी भी त्रिकोणीय हार्वेस्टर का वादा किया जाता है।

रबर पर आधारित ढांकता हुआ बड़े यांत्रिक तन्य तनावों से ऊर्जा की वसूली के लिए सबसे उपयुक्त हैं। इलास्टोमेर की एक पतली शीट को दो विकृत इलेक्ट्रोड के बीच एक सैंडविच में रखा जाता है। एक अत्यधिक लोचदार संधारित्र को चार्ज करने के लिए, वोल्टेज ( $$$V$) के बारे में 1000 वी, जिसके परिणामस्वरूप संधारित्र एक चार्ज प्राप्त करता है $$$क्यू$। जब बढ़ाया जाता है, तो रबर ढांकता हुआ पतला हो जाता है, जबकि इसकी कैपेसिटिव प्रतिरोध बढ़ जाता है ( $$$सी$), जिसके कारण संभावित अंतर में बदलाव होता है $$$Q = CV$। इसी से ऊर्जा उत्पन्न होती है।

डलास, ह्यांग विश्वविद्यालय (सियोल) और अन्य शैक्षणिक संस्थानों और अनुसंधान केंद्रों में टेक्सास विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों का एक बड़ा अंतरराष्ट्रीय समूह मुड़ नैनोट्यूब का उपयोग करके इस प्रकार के लचीले ढलानों को बेहतर बनाने में सक्षम था। उनकी मदद से, बड़े वोल्टेज को कम करना संभव था जो पहले इलास्टोमेर को चार्ज करने के लिए इस्तेमाल किया गया था।

वैज्ञानिकों ने मुड़ नैनोट्यूब का प्रदर्शन किया है, जो कि 30 हर्ट्ज़ की चरम दक्षता के साथ बाहरी बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता के बिना 250 वाट प्रति किलोग्राम तक पहुंचता है, साथ ही साथ 41.2 जूल प्रति किलोग्राम प्रति यांत्रिक चक्र, अगर नैनोट्यूब के वजन के लिए सामान्यीकृत हो।

वैज्ञानिकों के अनुसार, इस तरह के एक उच्च बिजली उत्पादन नैनोट्यूब के बेहद घने घूमने के कारण है। जैसे ही स्पिन घनत्व बढ़ता है, वे वास्तव में घुमावदार में बदल जाते हैं - और दक्षता विशेषताओं में तेजी से सुधार होता है।

नीचे दिए गए चित्र 1 ए में ट्विस्टिंग नैनोट्यूब के विभिन्न तरीकों को दिखाया गया है, लेकिन वास्तव में शंकु को घुमाया गया था (पहले बाईं तरफ)। हार्वेस्टर का व्यास 50 से 70 माइक्रोन तक है।

चित्रा 1F से पता चलता है कि नैनोट्यूब के 8.5% (यानी 500 आरपीएम) के अनइंडिंग से घुमावदार प्रभाव का नुकसान नहीं होता है, लेकिन केवल घुमावदार के व्यास में वृद्धि होती है और घुमा के कारण घनत्व कम हो जाता है। लेकिन एक ही समय में, तन्य तनाव सीमा 30% से 50% तक बढ़ जाती है, और बढ़ाव के आधार पर प्रतिरोध में परिवर्तन 30% से 36% तक बढ़ जाता है।



वैज्ञानिकों के अनुसार, ऐसे हार्वेस्टर का उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में किया जा सकता है:

• समुद्री लहरों का ऊर्जा संग्रह
• बिजली में थर्मल ऊर्जा का रूपांतरण (गर्मी-चालित कृत्रिम मांसपेशियों के साथ)
• नैनोट्यूब को कपड़े में एम्बेड किया जा सकता है और एलईडी को बिजली देने और अंतर्निहित संधारित्र को रिचार्ज करने के लिए उपयोग किया जा सकता है

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि यह विशुद्ध सैद्धांतिक अध्ययन नहीं है। वैज्ञानिकों ने वास्तव में मुड़ नैनोट्यूब पर समुद्री लहरों से ऊर्जा के एक ऑपरेटिंग जनरेटर को इकट्ठा किया है और जापान के सागर में इसका परीक्षण किया है। 13 डिग्री सेल्सियस के पानी के तापमान पर, एक लहर आवृत्ति 0.9 हर्ट्ज से 1.2 हर्ट्ज तक, सिलेंडर और सिंक के बीच जनरेटर 25% की अधिकतम खिंचाव तक सीमित था। 1.08 मिलीग्राम वजन वाले मुड़ नैनोट्यूब के साथ एक दस-सेंटीमीटर मॉड्यूल में 46 एमवी का एक शिखर वोल्टेज और 1.79 μW की औसत आउटपुट शक्ति दिखाई दी। जैसा कि चित्र 4 बी में दिखाया गया है, अधिक हार्वेस्टर का उपयोग करते समय, वोल्टेज किसी भी मूल्य तक बढ़ सकता है।



", अगर हमारे ट्विन्रोन हार्वेस्टर को सस्ता किया जा सकता है, तो वे समुद्री लहरों से भारी मात्रा में ऊर्जा एकत्र कर सकते हैं," नैनो टेक इंस्टीट्यूट के निदेशक और वैज्ञानिक कार्यों के लेखकों में से एक डॉ। रे बौगमैन कहते हैं । "हालांकि, इस समय वे सेंसर और संवेदी संचार के लिए सबसे उपयुक्त हैं।" सिर्फ 31 मिलीग्राम वजन का एक मुड़ कार्बन नैनोट्यूब हारवेस्टर इंटरनेट ऑफ थिंग्स पर हर 10 सेकंड में 100 मीटर तक 2 किलोबाइट डेटा पैकेट संचारित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान कर सकता है। ”

वैज्ञानिक लेख 25 अगस्त 2017 को जर्नल साइंस (doi: 10.1126 / science.aam8771, pdf ) में प्रकाशित हुआ था। यह मुड़ नैनोट्यूब की निर्माण प्रक्रिया का वर्णन करता है। लेख के 29 लेखकों में रिचर्डसन (टेक्सास) में लिंटेक ऑफ अमेरिका सेंटर फॉर नैनोसाइंस एंड टेक्नोलॉजी से यूलिया ब्यकोवा है, जो कि अच्छा भी है, लेकिन रूसी शिक्षा प्रणाली अभी भी किसी तरह का परिणाम देती है।