圧電ポリマー
ペンシルベニア州立大学が主導する学際的研究者のチームは、強力な圧電効果を備えたポリマーを開発しました。これにより、以前の反復よりも60％効率の高い発電が実現しました。
圧電材料は、機械的応力を電気に、またはその逆に変換し、センサー、アクチュエーター、およびその他の多くのアプリケーションで役立ちます。しかし、電気工学の著名な教授であるQiming Zhang氏によると、ポリマー（分子鎖で構成され、プラスチックや医薬品などで一般的に使用される材料）に圧電素子を実装することは難しい場合があります。
「歴史的に、ポリマーの電気機械結合は非常に低いものでした」と張氏は述べています。 「ポリマーは比較的柔らかいため、バイオセンシング、ソナー、人工筋肉など、さまざまな分野でソフトセンサーやアクチュエーターの優れた候補となるため、これを改善するために着手しました。」
材料を作成するために、研究者は意図的に化学的不純物をポリマーに導入しました。ドーピングとして知られるこのプロセスにより、研究者は材料の特性を調整して望ましい効果を生み出すことができます—正しい数の不純物を統合することが条件です。ドーパントの添加量が少なすぎると、目的の効果が開始されない可能性があり、添加量が多すぎると、材料の機能を妨げる不要な特性が導入される可能性があります。
ドーピングは、ポリマーの構造コンポーネント内の正電荷と負電荷の間の間隔を歪めます。この歪みにより反対の電荷が分離され、コンポーネントが外部電荷をより効率的に蓄積できるようになります。この蓄積により、ポリマーが変形したときのポリマーの電気伝達が促進されると張氏は述べています。
ドーピング効果を高め、分子鎖の整列を確実にするために、研究者たちはポリマーを伸ばしました。 Zhang氏によると、この整列は、ランダムに整列した鎖を持つポリマーよりも電気機械的応答を促進します。
「ポリマーの発電効率は大幅に向上しました」とZhang氏は述べています。 「このプロセスにより、70％の効率を達成しました。これは、以前の10％の効率から大幅に向上しています。」
硬いセラミック材料でより一般的なこの堅牢な電気機械的性能により、柔軟なポリマーのさまざまな用途が可能になります。
このポリマーは、水や人間の組織と同様の音波に対する耐性を示すため、医用画像、水中ハイドロホン、または圧力センサーでの使用に適用できます。
また、ポリマーはセラミックよりも軽量で構成可能である傾向があるため、このポリマーは、イメージング、ロボット工学などの改善を探求する機会を提供する可能性があると張氏は述べています。
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