الطاقة الكهروضغطية كبديل مستدام لطاقة المنتجات الصغيرة

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 قسم التصميم الصناعي، كلية الفنون التطبيقية، جامعة دمياط، مصر.

2 كلية الفنون التطبيقية, جامعة دمياط, قسم التصميم الصناعي.

المستخلص

يعتبر استخدام الطاقات الجديدة والمتجددة أحد أهم أساليب استدامة المنتجات نظرا لقدرتها على امداد المنتجات بمصادر مستمرة للطاقة، وعدم تأثيرها سلبا على البيئة، وإضافة خصائص جديدة للمنتجات كخفة الوزن، أو السرعة، أو الدقة، أو الشكل الجمالي، والقدرة على الاستخدام في المناطق غير المأهولة. كما تعتبر الطاقة الكهروضغطية أحد أهم الطاقات الجديدة والمتجددة التي يمكن أن تساهم في تحقيق الاستدامة نظراً لاعتمادها على المواد الطبيعية، ونتيجة لذلك فقد بدأ الاهتمام العالمي بتوظيفها، وخاصة فيما يتعلق بتوليد الطاقة من خلال حركة الساق أو عن طريق التنفس أو ضغط الدم، وحرارة الجسم، وحركة الأصابع، والأطراف إضافة الي بناء أنظمة حصاد الطاقة...الخ، وتكمن مشكلة البحث الحالي، في استهلاك المنتجات الصغيرة للعديد من مصادر الطاقة التقليدية خلال دورة حياتها، مما يتسبب بالإضرار بالبيئة نتيجة تصنيع هذه المصادر وتحولها الي مخلفات ضارة يجب معالجتها بعد انتهاء عمرها الافتراضي، كما ان مصادر الطاقة التقليدية تزيد من حجم المنتجات الصغيرة نسبياً. وقد توصل البحث الي مجموعة من المنتجات التي تعمل من خلال الطاقة الكهروضغطية التي تتميز بدقتها وسرعة استجابتها مما يساعد في تقليل حجمها وتكلفتها وزيادة كفاءتها وعمرها الافتراضي، ويساهم في تحقيق الاستدامة من خلال استبدال مصادر الطاقة التقليدية بمصدر بيئي طبيعي مصنوع من مادة الكوارتز.

الكلمات الرئيسية


1-     Abidin, N. A. (2020). The simulation analysis of piezoelectric transducer with multi-array configuration. Journal of Physics, 1432(1), 012-042.
2-     APC International piezo. (2023, 7). PIEZOELECTRICITY. Retrieved from www.americanpiezo.com: https://www.americanpiezo.com/knowledge-center/piezo-theory/piezoelectricity.html
3-     Churchill, D. L. (2003, July). Strain energy harvesting for wireless sensor networks. In Smart structures and materials 2003: smart electronics, MEMS, BioMEMS, and nanotechnology, 5055, 319-327. Retrieved from http://www.ittc.ku.edu/~callen/energy_harvesting/Churchill2003SPIEpp319-327.pdf
4-     Curie, J. &. (1880). Développement, par pression, de l’électricité polaire dans les cristaux hémièdres à faces inclinées.
5-     E. Häsler, L. S. (1984). Implantable physiological power supply with PVDF film. Ferroelectrics, 60(1), 277-282.
6-     Egusa, S. W. (2010). Multimaterial piezoelectric fibres. Nature materials, 9(8), 643-648.
7-     Fukada, E. (1992). Bioelectrets and biopiezoelectricity. IEEE transactions on electrical insulation, 27(4), 813-819.
8-     Fukada, E. (1998 ). New piezoelectric polymers. Japanese journal of applied physics, 37(5S), 2775. doi:10.1143/JJAP.37.2775
9-     Granstrom, J. F. (2007). Energy harvesting from a backpack instrumented with piezoelectric shoulder straps. Smart Materials and Structures, 16(5), 1810.
10-   Henderson, T. (2009, September 3). Power generating shoes. Retrieved from printedelectronicsworld: https://www.printedelectronicsworld.com/articles/1653/power-generating-shoes
11-   Hunstig, M. (2017, February). Piezoelectric Inertia Motors—A Critical Review of History, Concepts, Design, Applications, and Perspectives. Actuators, 6(1), 7.
12-   Kawai, H. (1969). The piezoelectricity of poly (vinylidene fluoride). Japanese journal of applied physics, 8(7), 975.
13-   Kholkin, A. A. (2010). Strong piezoelectricity in bioinspired peptide nanotubes. ACS nano, 4(2), 610-614.
14-   Kim, J. H. (2010). Electrifying! Beautiful, Innovative & Radiant. Retrieved from michelinchallengedesign: https://www.michelinchallengedesign.com/the-challenge-archives/2010-electrifying/2010-showcase-of-selected-entrants/p-eco-by-jung-hoon-kim-south-korea/
15-   Li, X., & Strezov, V. (2014). Modelling piezoelectric energy harvesting potential in an educational building. Energy Conversion and Management, 85, 435-442.
16-   Lombard, L. P., Ortiz, J., & Pout, C. (2008). A review on buildings energy consumption information. Energy and buildings, 40(3), 394-398.
17-   Maestre, S. (2022, Jan 24). What is Piezoelectric Effect? Retrieved from www.circuitbread.com: https://www.circuitbread.com/ee-faq/what-is-piezoelectric-effect
18-   Martin, A. J. (1941). Tribo-electricity in wool and hair. Proceedings of the Physical Society, 53(2), 186. doi:10.1088/0959-5309/53/2/310
19-   Mathur, S. C. (1984). Piezoelectric properties and ferroelectric hysteresis effects in uniaxially stretched nylon‐11 films. Journal of applied physics, 56(9), 2419-2425. doi:https://doi.org/10.1063/1.334294
20-   Najini, H., & Muthukumaraswamy, S. A. (2017). Piezoelectric energy generation from vehicle traffic with technoeconomic analysis. Journal of Renewable Energy.
21-   Rajabi, A. H., Jaffe, M., & Arinzeh, T. L. (2015). Piezoelectric materials for tissue regeneration: A review. Acta biomaterialia, 24, 12-23. Retrieved from https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1742706115300167?casa_token=_BQ3u-ywLt4AAAAA:qSKUBq54dW0qr4ExK2cLuwGXZhkB-nv9e1R5N9KuFyoo6hbYsYK4FhMcdRD8oJL7OgbrC88Uw0r6
22-   Rajabi, A. H., Jaffe, M., & Arinzeh, T. L. (2015). Piezoelectric materials for tissue regeneration: A review. Acta biomaterialia, 24, 12-23.
23-   Robledo, E. (2023, FEBRUARY 12). How Piezoelectricity Works to Make Crystals Conduct Electric Current. Retrieved from autodesk: https://www.autodesk.com/products/fusion-360/blog/piezoelectricity/
24-   Sekhar, B. C. (2021). Piezoelectricity and Its Applications. In D. R. Sahu, Multifunctional Ferroelectric Materials. doi:10.5772/intechopen.96154
25-   Shenck, N. (1999). A demonstration of useful electric energy generation from piezoceramics in a shoe. Doctoral dissertation, Massachusetts Institute of Technology.
26-   Shivali, M. S. (2022). A BRIEF NOTE ON PRINCIPLE, MECHANISM AND APPLICATIONS OF PIEZOELECTRIC MATERIALS. An Interdisciplinary Journal, 5. Retrieved from chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://ggscw.ac.in/Downloads/Article1.pdf
27-   Singh, P. K., Kaur, G. A., Shandilya, M., Rana, P., Rai, R., Mishra, Y. K., . . . Tiwari, A. (2023). Trends in Piezoelectric Nanomaterials towards Green Energy Scavenging Nanodevices. Materials Today Sustainability, 100583.
28-   Smith, M., & Kar-Narayan, S. (2022). Piezoelectric polymers: Theory, challenges and opportunities. International Materials Reviews, 67(1), 65-88. doi:https://doi.org/10.1080/09506608.2021.1915935
29-   Starner, T. (1996). Human-powered wearable computing. IBM systems Journal, 35(3.4), 618-629.
30-   United Nations. (2023). Renewable energy – powering a safer future. Retrieved from un.org: https://www.un.org/en/climatechange/raising-ambition/renewable-energy
31-   Vatansever, D. S. (2012). Alternative resources for renewable energy: piezoelectric and photovoltaic smart structures. Global Warming-Impacts and Future Perspective, 263.
32-   Victor, NY. (2012, Aug 22). New Scale awarded US patent for reduced-voltage linear motor system. Retrieved from new scale technologies: https://www.newscaletech.com/pr-new-scale-awarded-us-patent-reduced-voltage-linear-motor-system/
Yuan, F. (2020). Application of Piezoelectric Ceramics in Industrial Products. Frontier Computing: Theory, Technologies and Applications (FC 2019) (pp. 807-813). Singapore: Springer.