Revolutionary Piezoelectric Polymer Boosts Energy Conversion by 60%
Tim penelitiLintas disiplin yang dipimpin oleh Penn State telah mengembangkan polimer dengan efektivitas piezoelektrik yang kuat, menghasilkan generasi listrik yang 60% lebih efisien dari iterasi sebelumnya.
Bahan piezoelektrik mengubah stres mekanis menjadi listrik, atau sebaliknya, dan dapat berguna dalam sensor, aktuator, dan banyak aplikasi lainnya. Namun, menerapkan piezoelektrik dalam polimer — bahan yang terdiri dari rantai molekuler dan sering digunakan dalam plastik, obat-obatan, dan lebih banyak lagi — dapat sulit, menurut Qiming Zhang, Distinguished Professor of Electrical Engineering.
“Secara historis, kopling elektromekanis polimer sangat rendah,” kata Zhang. “Kami ingin meningkatkan ini karena kesesuaian relatif polimer menjadikannya kandidat yang sangat baik untuk sensor dan aktuator lunak di berbagai area, termasuk biosensing, sonar, otot buatan, dan lebih banyak lagi.”
Untuk membuat bahan, para peneliti sengaja memperkenalkan kimia kotor ke dalam polimer. Proses ini, dikenal sebagai doping, memungkinkan peneliti untuk menyesuaikan properti bahan untuk menghasilkan efek yang diinginkan — asalkan mereka mengintegrasikan jumlah kotor yang benar. Menambahkan terlalu sedikit dopant dapat mencegah efek yang diinginkan dimulai, sementara menambahkan terlalu banyak dapat memperkenalkan sifat yang tidak diinginkan yang menghambat fungsi bahan.
Doping mengdistorsi jarak antara muatan positif dan negatif dalam komponen struktural polimer. Distorsi ini memisahkan muatan berlawanan, memungkinkan komponen untuk mengakumulasi muatan listrik eksternal dengan lebih efisien. Akumulasi ini meningkatkan transfer listrik dalam polimer saat dirusak, kata Zhang.
Untuk meningkatkan efek doping dan memastikan perataan rantai molekuler, para peneliti meregangkan polimer. Perataan ini, menurut Zhang, mempromosikan respons elektromekanis yang lebih besar daripada polimer dengan rantai yang tidak teratur.
“Efisiensi generasi listrik polimer meningkat secara signifikan,” kata Zhang. “Dengan proses ini, kami mencapai efisiensi 70% — perbaikan besar dari efisiensi 10% sebelumnya.”
Kinerja elektromekanis yang kuat ini, yang lebih umum dalam bahan keramik kaku, dapat mengaktifkan berbagai aplikasi untuk polimer fleksibel.
Karena polimer menunjukkan resistensi terhadap gelombang suara yang mirip dengan air dan jaringan manusia, dapat diterapkan untuk digunakan dalam citra medis, hidrofon bawah air, atau sensor tekanan.
Polimer juga cenderung lebih ringan dan dapat dikonfigurasi daripada keramik, jadi polimer ini dapat memberikan kesempatan untuk menjelajahi perbaikan dalam citra, robotika, dan lebih banyak lagi, kata Zhang.
