Сбор энергии, экологически чистая технология, выходит за рамки солнечной и ветровой энергии и позволяет генерировать электроэнергию из неиспользуемой или выброшенной энергии в повседневной жизни, включая вибрации, создаваемые проезжающими двигателями автомобилей или поездами. Недавние интригующие исследования направлены на повышение эффективности сбора энергии с использованием метаповерхности нового типа, которую можно переконфигурировать, напоминая сборку кубиков LEGO.
Совместная исследовательская группа разработала многофункциональную эластичную метаповерхность, которую можно свободно конфигурировать, присоединяя и отсоединяя компоненты для практического применения. Это исследование опубликовано в журнале Advanced Science .
Метаматериалы — это искусственно созданные структуры, которые используют взаимосвязь между длинами волн для управления волновой энергией, такой как свет, вибрация и звук. Использование этой возможности в сборе энергии позволяет собирать упругие волны в пьезоэлектрических компонентах, тем самым повышая эффективность производства электроэнергии. Однако ограничения теоретического анализа пучков, составляющих метаматериалы, ограничивают их работу одной частотой и ограничивают их использование для конкретных целей, что создает проблемы для их практического применения в реальных структурах.
Исследовательская группа преодолела эти ограничения, применив теорию пучка Тимошенко-Эренфеста вместо традиционной теории пучка Эйлера-Бернулли. Что отличает первый, так это учет фундаментальных характеристик упругости, включая сдвиговую деформацию и эффекты инерции вращения балки. Это исследование знаменует собой первое применение этой теории к исследованию упругих метаматериалов.
Исследователям удалось интерпретировать и смоделировать упругие метаматериалы для фазовой модуляции упругих волн с использованием пучковой теории Тимошенко – Эренфеста. Кроме того, они изготовили новый тип реконфигурируемой упругой метаповерхности Тимошенко-Эренфеста на основе балок (TREM), способной присоединять и отсоединять несколько структур. TREM может реконструировать свою поверхность в зависимости от его применения, позволяя контролировать различные волновые явления, такие как аномальное преломление волн, фокусировка волн, самоускоренное распространение волн и полное отражение волн в широком диапазоне частот.
Примечательно, что TREM команды продемонстрировал выдающуюся эффективность в сборе энергии упругих волн , увеличив выходную электрическую мощность пьезоэлектрических компонентов почти в восемь раз. Это подчеркивает его ценность как пьезоэлектрической системы сбора энергии.
Профессор Джунсук Ро с факультетов машиностроения, химической инженерии и электротехники и аспирант/магистр наук Геон Ли с факультета машиностроения Университета науки и технологий Пхохана (POSTECH) присоединились к профессору Мисо Киму из Школы Передовые материалы в области материаловедения и инженерии из Университета Сунгюнкван (SKKU) для сотрудничества в этом проекте.
Профессор Ро сказал: «Я считаю, что наша недавно разработанная метаповерхность, предназначенная для работы в многофункциональном и широком частотном диапазоне, окажется неоценимой в сборе энергии, особенно в экологически безопасном использовании энергии окружающей среды. Эта технология, а также ее применения в области структурного мониторинга состояния здоровья, беспроводного зондирования и Интернета вещей, имеет большой потенциал для значительного вклада в различные области».
Теги: IoT, микроэлектроника
