پدیدة پیزوالکتریک، برداشت انرژی و معرفی ماژول مربوطه در نرم‌افزار کامسول مالتی‌فیزیکس

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

استادیار دانشگاه الزهرا، تهران

چکیده

پدیدة پیزوالکتریک عبارت‌ است از توانایی تبدیل نیروهای مکانیکی به الکتریسیته که در برخی از سرامیک‌ها دیده می‌شود. در این مقاله پس از معرفی پدیدة پیزوالکتریک، کاربردهای متنوعی از آن ارائه می‌شود. چون استفاده از انواع انرژی جهت کاهش فشار موجود بر منابع سنتی انرژی نظیر سوخت‌های فسیلی در اولویت تحقیقاتی و عملیاتی قرار دارد، رویکرد برداشت انرژی از سیستم‌های متنوع توسط پدیدة پیزوالکتریک مورد توجه است. این برداشت انرژی می‌تواند از انواع منابع ارتعاشی با فرکانس‌های مختلف صورت گیرد. شبیه‌سازی‌های کامپیوتری روش مناسبی برای کمک به طراحی‌های مختلف هستند. نرم‌افزار کامسول، که بر اساس حل معادلات دیفرانسیل حاکم بر سیستم‌ها به روش اجزای محدود عمل می‌کند، دارای ماژولی جهت شبیه‌سازی سیستم‌های پیزوالکتریک است. در این مطالعه این ماژول بعد از معرفی کلی نرم‌افزار کامسول به‌صورت جزئی بررسی می‌شود. تیر یک‌سر گیرداری از جنس مادة پیزوالکتریک شبیه‌سازی و تأثیر تغییرات فرکانس و بار الکتریکی در کارکرد آن بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که میزان ولتاژ و توان الکتریکی قابل حصول از ارتعاشات وارد بر یک مادة پیزوالکتریک به میزان فرکانس ارتعاش بستگی دارد. بیشینه برداشت انرژی الکتریکی نزدیکی فرکانس تشدید رخ می‌دهد. از این پدیده در کاربردهای صنعتی و پزشکی استفاده‌ می‌شود.

کلیدواژه‌ها


[1] D. Poria, R. Sharma, D. Rohilla, Pandey, Modeling and Simulation of Vibration Energy Harvesting of MEMS Device Based on Epitaxial Piezoelectric Thin Film, International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering, Vol. 2, No. 10, pp. 231-238, 2012.

[2] M. Marzencki, S. Basrour, B. Charlot, A. Grasso, M. Colin, L. Valbin, Design and fabrication of piezoelectric micro power generators for autonomous Microsystems, Proc.Symp. on Design, Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS DTIP05, pp. 299- 302, 2005.

[3] J. W. Sohn, S. B. Choi, and D. Y. Lee, an investigation on piezoelectric energy harvesting for MEMS power sources, Department of Mechanical Engineering, Inha University, Incheon, Korea13 January 2005.

[4] J. Feenstra, J. Granstrom, H. Sodano, Energy Harvesting through a Backpack Employing a Mechanically Amplified Piezoelectric Stack, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 22, pp. 721–734, 2016.

[5] P. Glynne-Jones, M. J. Tudor, MEMS Mechanical Sensors, Sensors and Actuators, Vol. 110, pp. 344-352, 2014.

[6] D. Han, V. Kaajakari, Microstructured Polymer for Shoe Power Generation, Institute for Micromanufacturing (IfM), IEEE, Transducers, Denver, CO, USA, June 21-25, 2009.

[7] R. Yang and Y. Qin, Converting Biomechanical Energy into Electricity by a Muscle-Movement-Driven Nanogenerator, Nano letters, Vol. 9, No. 3, pp. 1201-1205, 2015.

[8] H. Abdi, Human Passive Motion and a User-friendly Energy Harvesting System, Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 23, pp. 209-216, 2009.

[9] COMSOL. Multiphysics 5.1Software,Version number:5.1.0.145.