المجموعات

يقوم المهندسون بتطوير طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد الكهرضغطية

يقوم المهندسون بتطوير طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد الكهرضغطية

المواد الكهرضغطية هي روائع هندسية صغيرة يمكن العثور عليها في كل شيء من هواتفنا إلى بطاقات التهنئة الموسيقية نظرًا لقدرتها على توليد شحنة كهربائية استجابة للإجهاد الميكانيكي المطبق. ومع ذلك ، لديهم حدودهم.

تأتي المواد المفيدة للغاية والشائعة في عدد قليل من الأشكال المحددة. علاوة على ذلك ، فهي تتكون من الكريستال والسيراميك الهش الذي يحتاج إلى غرفة نظيفة للتصنيع.

الآن ، بفضل تقنية جديدة من Virginia Tech ، ستكون المادة قابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد بطرق لن تقيدها بالشكل أو الحجم.

مصممة بحرية

أوضح Xiaoyu 'Rayne' Zheng ، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية في كلية الهندسة ، وعضو معهد ابتكار الجزيئات الكبرى ، أن "المواد الكهروضغطية تحول الإجهاد والضغط إلى شحنات كهربائية".

"لقد طورنا طريقة تصميم ومنصة طباعة لتصميم حساسية وأنماط تشغيل المواد الكهرضغطية بحرية."

"من خلال برمجة الهيكل النشط ثلاثي الأبعاد ، يمكنك تحقيق أي مزيج تقريبًا من المعاملات الكهرضغطية داخل مادة ما ، واستخدامها كمحولات طاقة وأجهزة استشعار ليست مرنة وقوية فحسب ، بل تستجيب أيضًا للضغط والاهتزازات والتأثيرات عبر الإشارات الكهربائية التي أخبر موقع وحجم واتجاه التأثيرات داخل أي مكان لهذه المواد ".

صمم فريق Zheng مجموعة من الهياكل ثلاثية الأبعاد القابلة للطباعة والتي تسمح للمادة بتوليد حركة شحن كهربائية استجابة للقوى والاهتزازات الواردة من أي اتجاه. على عكس الكهربائية الانضغاطية السابقة حيث تم تحديد الشحنة الكهربائية بواسطة بلورات جوهرية ، تسمح الطريقة الجديدة للمستخدمين بوصف استجابات الجهد لتكبيرها أو عكسها أو قمعها في أي اتجاه.

حقق فريق Zheng هذا من خلال إنتاج بدائل للبلورات الجوهرية التي تحاكيها مع السماح بتغيير اتجاه الشبكة.

"لقد قمنا بتصنيع فئة من الأحبار الكهروضغطية شديدة الحساسية والتي يمكن نحتها إلى ميزات ثلاثية الأبعاد معقدة باستخدام الضوء فوق البنفسجي. تحتوي الأحبار على بلورات نانوية كهرضغطية مركزة للغاية مع المواد الهلامية الحساسة للأشعة فوق البنفسجية ، والتي تشكل محلولًا - خليط حليبي مثل الكريستال الذائب. - اننا نطبع باستخدام طابعة ثلاثية الابعاد ضوئية رقمية عالية الدقة ".

قال تشنغ: "يمكننا تصميم الهيكل لجعلها أكثر مرونة واستخدامها ، على سبيل المثال ، كأجهزة لتجميع الطاقة ، ولفها حول أي انحناء عشوائي" يمكننا جعلها سميكة وخفيفة وصلبة أو ممتصة للطاقة.

الحساسيات أعلى بخمسة أضعاف

تحتوي المواد الناتجة أيضًا على حساسيات أعلى بخمسة أضعاف من البوليمرات الكهرضغطية المرنة ، مما يسمح بإنتاجها في نطاق يتراوح من شريحة رقيقة من الشاش إلى كتلة متينة.

قال تشنغ: "لدينا فريق يقوم بتحويلها إلى أجهزة يمكن ارتداؤها ، مثل الخواتم ، والنعال ، وتركيبها في قفاز الملاكمة حيث سنكون قادرين على تسجيل قوى التأثير ومراقبة صحة المستخدم".

"القدرة على تحقيق الخصائص الميكانيكية والكهربائية والحرارية المرغوبة ستقلل بشكل كبير الوقت والجهد اللازمين لتطوير مواد عملية ،" قال شاشانك بريا ، نائب الرئيس المساعد للأبحاث في ولاية بنسلفانيا وأستاذ الهندسة الميكانيكية السابق في Virginia Tech.


شاهد الفيديو: في مرحلة الابتعاث لدراسة الهندسة تعرف معاذ على تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد التي غيرت حياته بالكامل (ديسمبر 2021).