راه حل پیشنهادی برای بهبود عملکرد پلیمرهای فروالکتریک، توسعه نانوکامپوزیت پلیمری فروالکتریک قابل نفوذ است. پژوهش با ترکیب نانوذرات در نوعی پلیمر موسوم به «پلی‌وینیلیدین فلورید» (Polyvinylidene fluoride)، یک شبکه به‌هم‌پیوسته از قطب‌ها را در پلیمر به وجود آوردند.
وانگ ادامه داد: در این پژوهش، ما راه‌حل‌هایی را برای دو چالش اصلی در زمینه حرکت نرم‌افزار پیشنهاد کرده‌ایم. یکی این است که چگونه می‌توان مواد نرم‌افزار را بهبود بخشید. ما میدانیم مواد محرک که پلیمر هستند، بیشترین کشش را دارند اما در مقایسه با مواد پیزوالکتریک، نیروی بسیار کمتری را تولید می‌کنند.
«کینگ وانگ»(Qing Wang) استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه پنسیلوانیا و از پژوهشگران این پروژه گفت: اکنون به طور بالقوه می‌توانیم تجهیزات رباتیکی را داشته باشیم که از آن به عنوان عضله مصنوعی یاد می‌کنیم. بدین ترتیب، می توانیم مواد نرمی داشته باشیم که علاوه بر فشار زیاد، بارها را نیز تحمل کند. این ماده، بیشتر به عضله انسان شباهت دارد.
این شبکه یک انتقال فاز فروالکتریک را در میدان‌های الکتریکی بسیار کمتر از حد معمول القا می‌کند. این نتیجه از طریق یک روش الکتروحرارتی با استفاده از گرمایش ژول به دست آمد. استفاده از گرمایش ژول برای القای انتقال فاز در پلیمر نانوکامپوزیت فقط به کمتر از ۱۰ درصد قدرت میدان الکتریکی نیاز دارد که معمولا برای تغییر فاز فروالکتریک مورد نیاز است.
چالش دوم این است که یک محرک پلیمری فروالکتریک معمولاً به میدان محرکه بسیار نیاز دارد که نیروی عامل تغییر را بر سیستم تحمیل می کند و برای مثال، شکل آن را تغییر می دهد. در این مورد، برای ایجاد تغییر شکل در پلیمر و ایجاد واکنش فروالکتریک مورد نیاز برای تبدیل شدن به یک محرک، وجود میدان محرکه بالاست.
پیش از اینکه مواد مورد نظر باید برای خود رای دهند، چند مانع وجود دارد که بر آنها غلبه کند و راه حل‌هایی برای غلبه بر روی این پیشنهاد در پژوهش حاضر پیشنهاد شود. فروالکتریک‌ها گروهی از مواد هستند که وقتی بار الکتریکی بیرونی اعمال می‌شوند و بارهای مثبت و منفی در مواد به قطب‌های متفاوت می‌روند، قطبش الکتریکی خودجوش را نشان می‌دهند. کشش در این مواد طی فرآیند انتقال فازی که در این جریان انرژی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود، می‌تواند دارای ویژگی‌هایی مانند شکل باشد که به طور کامل تغییر کند و آنها را به محرک مفید تبدیل کند.
وانگ افزود: این کشش و نیرو در مواد فروالکتریک معمولا با یک رابطه معکوس همبستگی دارند. اکنون می‌توانیم آنها را با هم در یک ماده ادغام کنیم. ما روش اقتصادی را برای هدایت این رابطه با استفاده از گرمایش ژول ایجاد کردیم. از آنجایی که میدان محرکه بسیار پایین‌تر از ۱۰ درصد خواهد بود، این ماده جدید می‌تواند برای استفاده از دستگاه‌های مانند دستگاه‌های پزشکی، دستگاه‌های نوری و رباتیک نرم‌افزاری باشد که برای انجام این کار به میدان محرکه پایین نیاز دارند، استفاده می‌شود.
این پژوهش، در مجله «Nature Materials» به چاپ رسید.
این پژوهش، پتانسیل نانوکامپوزیت‌های پلیمری فروالکتریک را برای غلبه بر روی محدودیت‌های کامپوزیت پلیمری پیزوالکتریک سنتی نشان می‌دهد و یک راه‌انداز برای توسعه محرک‌های نرم‌افزار با کشش و انرژی مکانیکی بیشتر است. محرک های نرم به دلیل استحکام، قدرت و قبولی خود مورد توجه پژوهشگران حوزه رباتیک هستند.
به گزارش ایسنا و به نقل از سایتک دیلی، گروهی از پژوهشگران بین‌المللی به سرپرستی «دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا» (Penn State) در پژوهشی نشان‌دهنده نوعی از پلیمر فروالکتریک است که در تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی فوق‌العاده خوب است، می‌تواند یک کنترل‌کننده یا محرک حرکتی با کارآیی بالا باشد. به گفته آنها، این پلیمر برای کاربرد در دستگاه‌های پزشکی، پیشرفته و سیستم‌های موقعیت‌یابی دقیق، بسیار نویدبخش است.
کشش مکانیکی که تغییر شکل یک ماده در اثر نیرو است، یک ویژگی مهم برای یک محرک به شماره می‌رود. این مواد محرک به طور سنتی، ساده و سخت هستند اما محرک‌های نرم‌افزاری مانند فروالکتریک، پلی‌پذیری و سازگاری محیطی بالاتر را نشان می‌دهند.
پلیمری که در «دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا» ابداع شده است، می‌توان قدرت کشش مکانیکی فوق‌العاده‌ای را به ابزار مصنوعی بید.
یکی از کاربردهای رایج محرک فروالکتریک، چاپگر جوهرافشان است که در آن الکتریکی الکتریکی، شکل محرک را تغییر می‌دهد تا نازل‌هایی را که جوهر روی کاغذ می‌ریزد و متن و تصویر را می‌سازد، دقیقاً کنترل می‌کند.
انتهای پیام