نيروي کريستال
ترجمه و نوشته: مهندس کيوان بني هاشمي
کريستال هاي نسل جديد انرژي مورد نياز موتورهاي درون سوز، تلفن هاي همراه و.. را تامين خواهند کرد.
«پير» و «جک کوري» در سال هاي دهه 1880 براي نخستين بار اثر جريان الکتريسيته ناشي از به کار گيري يک نيروي مکانيکي در کريستال موسوم به Piezo Electricity را کشف کرده و آن را به ثبت رساندند و اين تکنولوژي توانست به توليد فونوگراف و سوزن هاي آن کمک کند (دستگاهي که با ارتعاش سوزن روي شيارهاي يک ديسک گردنده، ايجاد صورت مي کند)، همين طور در ساخت گيتار، چندين دهه است از اين تکنولوژي استفاده مي شود.
از همين تکنولوژي در جرقه زدن گريل هاي گازي براي طبخ غذا سود برده مي شود، اما اين تکنولوژي در حال ايجاد معيار جديدي در دنياي رياضي و کامپيوتر است. موضوع زا اين قرار است که بعضي از انواع کريستال، سراميک و مواد پليمري در صورتي که تحت فشار قرار گيرند توليد برق مي کنند و برعکس چنان چهبه آنها جريان برق متصل شود، منبسط مي گردند.
از اين تاثير معکوس در صنعت اتومبيل سازي و آن چه که مربوط است، استفاده گسترده اي شده و خواهد شد و اين صنايعتاثيز پذيري زيادي از آن دارند. يکي از بارزترين مثال ها در اين مورد کمپاني کانتيننتال است که نخستين بار در موتورهاتي ديزلي توليدي خود از انژکتورهاي استفاده کرد که قادر بودند ذرات سوخت را تا حد امکان کوچک و زير کنند اين کار با استفاده از فشاري معادل 30هزار پوند بر اينچ مربع عملي مي گرديد. انژکتورهاي پيزو در واقع از صفحات کريستالي کوچکي تشکيل شده اند که تکميل کننده آنها سرب، زيرکونيم و تيتانيوم هستند.
اين مجموعه همان گونه که اشاره شد هنگامي که در معرض جريان برق قرار مي گيرد، منبسط و باعث مي شود يک پين از انژکتور خارج شده و جريان سوخت همانند مخروطي از آن خارج گردد.
در مقام مقايسه انژکتورهاي قديمي نوع القايي، با بالا کشيدن يک متوقف کننده که در داخل انژکتور قرار دارد، اين امکان را به وجود آوردند تا مخلوط سوخت فشرده شده داخل آن به صورت مستقيم فضاي بيرون، يعين اتاق پاشيده شود.
سرعت واکنش انژکتورهاي القايي يا سلونوئيدي کنرتر از انواع پيزو بوده و مخلوط اسپري شده معمولا به دليل تشکيل حالتي مقعر در پيستون مجددا به سمت شمع برمي گردد.
انژکتورهاي پيزو عموميت زيادي در موتورهاي بنزيني که از تکنولوژي تزريق مستقيم سوخت استفاده مي کنند پيدا کرده اند به خصوص آنهايي که فشار پايين دارند همانند موتور 3ليتري ب ام و با دو توربو شارژر که در آن از انژکتورهايي با فشار 2900 پوند بر اينچ مربع استفاده مي شود زيرا بروز پديده مخروطي سوخت، باعث تمرکز بيشتر مخلوط سوخت در نزديکي شمع مي گردد و اين موضوع تاثيري زيادي در راندمان کاري موتور و همين طور کاهش آلاينده هاي خروجي از اگزوز دارد.
استفاده از انژکتورهاي پيزو که دقا بسيار بالايي دارند، کممک شاياني به ايجاد و توليد مخلوط سوخت يکنواخت در محفظه احتراق مي کند که باعث شده عمل احتراق و انفجار به صورت کامل تري انجام گيرد.
سال آينده دبسک هاي پيزو دوران آزمايشي خود را در محفظه موتور (شراي بسيار دشوار) به پايان رسانده و رسما در مرسدس هاي کلاي S مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
سوپاپ هاي پيزو جديد کانتيننتال ميزان جريان مخلوط سوخت و هواي وارده نشيمنگاه سوپاپ که در محل ورودي به داخل سيلندر است را کنترل نموده و سپس ميزان فشار روي ديسک هاي کريستالي را رد حافظه سيستم ثبت نموده تا بتواند در هر لحظه تنظيم هاي بهتر را انتخاب کرده ومورد استفاده قرار دهد.
انجام چنين امري به آرامي امکان پذير است اما انيکه چگونه مي توان از مواد پيزو براي برداشت و مورد ساتفاده قرار دادن انرژي بهره گرفت، مقوله ديگري است.
در حال حاضر طيف خاصي از ژنراتورهاي نوع پيزو که فرسايشي هستند، مورد استفاده در جذب کافي انرژي براي به کار اندازي ابزارهاي الکترونيک شخصي مورد استفاده قرار گرفته اند.
يک مخترع بريتانيايي کفش هايي اختراع کرده که پاشنه آن از جنس ديسک هاي پيزو است و در اثر راله رفتن شخص و فشرده شدن، برق مورد نياز براي شارژ باتري گوشي تلفن همراه را تامين مي کند.
ارتش ايالات متحده تلاش زيادي نمود تا توانست با استفاده از ديسک هاي پيزو (آن هم نمونه هايي که توانايي کافي داشته باشند) عينک هاي ديد شب توليد کند اما سربازان از به چشم گذاشتن آنها چندان رضايتي نداشتند چون اظهار مي کرند همانند آن است که شما روي شن نرم در حال راه رفتن هستيد.
محققين در انستيتو تکنولوژي جورجيا اقدام به توليد رشته هاي سيم بسيار نازک (ضخامت ميکروني و در حد چند نانومتر) در اطراف الياف کربن نموده اند که چنان چه بافته و به يکديگر ماليده شوند، قادر به توليد برق کافي براي شارژ يک دستگاه i-Pod خواهند کرد.
آيا تا به حال تصور کرده ايد که چگونه مي توان برق مورد نيزا گوشي تلفن همراه را با استفاده از ارتعاشات کلام انسان و گفتگوي او تامين کرد؟ يک استاد دانشگاه به نام پروفسور «تاهير کاگين» در تگزاس کشف کرده که ميزان برق توليدي از کريستال هاي باريوم- تيتانات زماني که اندازه ذرات کوچک شده و به 20 تا 30 نانومتر برسد (ضخامت تار موي انسان 100 هزار نانومتر است) به دوبرابر افزايش پيدا مي کند.
بمباران يک صفحه کوچک با چنين کريستال هايي که تمام آن را پوشانده اند، مي تواند انرژي مورد نياز يک تلفن همراه را تامين کند ولي به اعتقاد وي براي رسيدن به چنين مرحله اي حداقل به دو دهه زمان نياز است.
منبع : نشريه نوآور شماره 60
«پير» و «جک کوري» در سال هاي دهه 1880 براي نخستين بار اثر جريان الکتريسيته ناشي از به کار گيري يک نيروي مکانيکي در کريستال موسوم به Piezo Electricity را کشف کرده و آن را به ثبت رساندند و اين تکنولوژي توانست به توليد فونوگراف و سوزن هاي آن کمک کند (دستگاهي که با ارتعاش سوزن روي شيارهاي يک ديسک گردنده، ايجاد صورت مي کند)، همين طور در ساخت گيتار، چندين دهه است از اين تکنولوژي استفاده مي شود.
از همين تکنولوژي در جرقه زدن گريل هاي گازي براي طبخ غذا سود برده مي شود، اما اين تکنولوژي در حال ايجاد معيار جديدي در دنياي رياضي و کامپيوتر است. موضوع زا اين قرار است که بعضي از انواع کريستال، سراميک و مواد پليمري در صورتي که تحت فشار قرار گيرند توليد برق مي کنند و برعکس چنان چهبه آنها جريان برق متصل شود، منبسط مي گردند.
از اين تاثير معکوس در صنعت اتومبيل سازي و آن چه که مربوط است، استفاده گسترده اي شده و خواهد شد و اين صنايعتاثيز پذيري زيادي از آن دارند. يکي از بارزترين مثال ها در اين مورد کمپاني کانتيننتال است که نخستين بار در موتورهاتي ديزلي توليدي خود از انژکتورهاي استفاده کرد که قادر بودند ذرات سوخت را تا حد امکان کوچک و زير کنند اين کار با استفاده از فشاري معادل 30هزار پوند بر اينچ مربع عملي مي گرديد. انژکتورهاي پيزو در واقع از صفحات کريستالي کوچکي تشکيل شده اند که تکميل کننده آنها سرب، زيرکونيم و تيتانيوم هستند.
اين مجموعه همان گونه که اشاره شد هنگامي که در معرض جريان برق قرار مي گيرد، منبسط و باعث مي شود يک پين از انژکتور خارج شده و جريان سوخت همانند مخروطي از آن خارج گردد.
در مقام مقايسه انژکتورهاي قديمي نوع القايي، با بالا کشيدن يک متوقف کننده که در داخل انژکتور قرار دارد، اين امکان را به وجود آوردند تا مخلوط سوخت فشرده شده داخل آن به صورت مستقيم فضاي بيرون، يعين اتاق پاشيده شود.
سرعت واکنش انژکتورهاي القايي يا سلونوئيدي کنرتر از انواع پيزو بوده و مخلوط اسپري شده معمولا به دليل تشکيل حالتي مقعر در پيستون مجددا به سمت شمع برمي گردد.
انژکتورهاي پيزو عموميت زيادي در موتورهاي بنزيني که از تکنولوژي تزريق مستقيم سوخت استفاده مي کنند پيدا کرده اند به خصوص آنهايي که فشار پايين دارند همانند موتور 3ليتري ب ام و با دو توربو شارژر که در آن از انژکتورهايي با فشار 2900 پوند بر اينچ مربع استفاده مي شود زيرا بروز پديده مخروطي سوخت، باعث تمرکز بيشتر مخلوط سوخت در نزديکي شمع مي گردد و اين موضوع تاثيري زيادي در راندمان کاري موتور و همين طور کاهش آلاينده هاي خروجي از اگزوز دارد.
استفاده از انژکتورهاي پيزو که دقا بسيار بالايي دارند، کممک شاياني به ايجاد و توليد مخلوط سوخت يکنواخت در محفظه احتراق مي کند که باعث شده عمل احتراق و انفجار به صورت کامل تري انجام گيرد.
سال آينده دبسک هاي پيزو دوران آزمايشي خود را در محفظه موتور (شراي بسيار دشوار) به پايان رسانده و رسما در مرسدس هاي کلاي S مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
سوپاپ هاي پيزو جديد کانتيننتال ميزان جريان مخلوط سوخت و هواي وارده نشيمنگاه سوپاپ که در محل ورودي به داخل سيلندر است را کنترل نموده و سپس ميزان فشار روي ديسک هاي کريستالي را رد حافظه سيستم ثبت نموده تا بتواند در هر لحظه تنظيم هاي بهتر را انتخاب کرده ومورد استفاده قرار دهد.
انجام چنين امري به آرامي امکان پذير است اما انيکه چگونه مي توان از مواد پيزو براي برداشت و مورد ساتفاده قرار دادن انرژي بهره گرفت، مقوله ديگري است.
در حال حاضر طيف خاصي از ژنراتورهاي نوع پيزو که فرسايشي هستند، مورد استفاده در جذب کافي انرژي براي به کار اندازي ابزارهاي الکترونيک شخصي مورد استفاده قرار گرفته اند.
يک مخترع بريتانيايي کفش هايي اختراع کرده که پاشنه آن از جنس ديسک هاي پيزو است و در اثر راله رفتن شخص و فشرده شدن، برق مورد نياز براي شارژ باتري گوشي تلفن همراه را تامين مي کند.
ارتش ايالات متحده تلاش زيادي نمود تا توانست با استفاده از ديسک هاي پيزو (آن هم نمونه هايي که توانايي کافي داشته باشند) عينک هاي ديد شب توليد کند اما سربازان از به چشم گذاشتن آنها چندان رضايتي نداشتند چون اظهار مي کرند همانند آن است که شما روي شن نرم در حال راه رفتن هستيد.
محققين در انستيتو تکنولوژي جورجيا اقدام به توليد رشته هاي سيم بسيار نازک (ضخامت ميکروني و در حد چند نانومتر) در اطراف الياف کربن نموده اند که چنان چه بافته و به يکديگر ماليده شوند، قادر به توليد برق کافي براي شارژ يک دستگاه i-Pod خواهند کرد.
آيا تا به حال تصور کرده ايد که چگونه مي توان برق مورد نيزا گوشي تلفن همراه را با استفاده از ارتعاشات کلام انسان و گفتگوي او تامين کرد؟ يک استاد دانشگاه به نام پروفسور «تاهير کاگين» در تگزاس کشف کرده که ميزان برق توليدي از کريستال هاي باريوم- تيتانات زماني که اندازه ذرات کوچک شده و به 20 تا 30 نانومتر برسد (ضخامت تار موي انسان 100 هزار نانومتر است) به دوبرابر افزايش پيدا مي کند.
بمباران يک صفحه کوچک با چنين کريستال هايي که تمام آن را پوشانده اند، مي تواند انرژي مورد نياز يک تلفن همراه را تامين کند ولي به اعتقاد وي براي رسيدن به چنين مرحله اي حداقل به دو دهه زمان نياز است.
منبع : نشريه نوآور شماره 60
