Patent TR-202015307-A2 (TR)
Title: Manyetik Alanla Sürülebilen Temassız Nano-jeneratör
Inventor: ŞADAN ÖZCAN
IPC: H02N11/00
Filed: 2020-09-26
Abstract: Küçük ölçekli, çevresel izleme, tıbbi implantlar, savunma sanayi, endüstriyel güvenlik,kişisel elektronik aletler, nanotel temelli gaz ve kimyasal sensörler gibi mikro ve nanoboyutlu aygıtların enerji ihtiyaçları birincil enerji kaynakları yerine genellikle piller tarafından karşılanmaktadır. Pillerin, gelişen teknoloji ile birlikte boyutlarının küçültülmesi, performanslarını arttırılmasına rağmen sınırlı kullanım ömürleri, şarj edilme ve/veya cihazların kullanım süreleri boyunca deştirilme gereksinimleri, işletme ve fabrikasyon süreçlerinde önemli dezavantajlar oluşturmaktadır. Özellikle tıbbi uygulamalarda pillerin değiştirilme süreçleri çok zaman alıcı olmanın yanı sıra sağlık problemlerinin oluşmasına da neden olabilmektedir. Sonuç olarak bu tür sistemlerin bağımsız ve kendi gücünü üretebilen sistemlere gereksinim duydukları bir gerçektir. Özellikle nanoteknolojiye artan ilgi ve gelişen teknoloji ile birlikte mikro ve nano ölçekli elektronik cihazların güç tüketimleri nW ve μ#&W mertebelerine kadar düşürülmüş olması kendi gücünü üreten sistemlere olan ilgiyi daha da arttırmıştır. Bu nedenle kendi gücünü üreten sistemlerin, güneş, mekanik titreşim, termal gradiyent ve kimyasal enerji gibi çevresel koşullardan enerji hasadı (EH) konusunda çalışmaların sayısı gittikçe artmaktadır. Bu çevresel koşullar, içerisinde mekanik titreşimler günlük hayatımızda oldukça fazla sayıda olması nedeniyle ön plana çıkmaktadır. Titreşim enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi için kullanılan en yaygın teknikler elektrostatik, elektromanyetik ve piezoelektrik olarak sıralanabilir. Elektromanyetik ve elektrostatik yöntemlerle karşılaştırıldığında, piezoelektrik malzemelerle EH daha yüksek enerji yoğunluğu, sistemlere kolay entegre olma esnekliği nedeniyle literatürde yaygın olarak çalışılmaktadır. Özellikle Çinko-Oksit nanotel (ZnO NT) tabanlı piezoelektrik nanojeneratörler ticarileşme potansiyeli nedeniyle farklı uygulamaları bulunmaktadır. Günümüze kadar ZnO NT dizinli prototip NJlerde, mekanik enerji elektrik enerjisine çevirmede, iki tabaka arasında sürtünme esnek polimerin sıkıştırılması ses ve ses-üstü dalga gibi farklı sürücü kuvvetler uygulanmıştır. Sürücü kuvvetle sürülen NJlerin enerji üretiminin temeli, mekanik hareket ile piezoelektrik malzeme arasındaki doğrudan temastır. Oysa mekanik enerjiden elektrik üretmek için uygun olmadığı özel durumlarda (canlı organizma gibi), kendi gücünü üreten sistemlerin temassız bir modda şarj edilmesi (enerji üretmesi) gerekir. Dolayısıyla, işlevsel bir cihazı ona temas etmeden şarj etmek için yeni nesil temassız anojenarörlerin (TNJlerin) ihtiyaç duyulmaktadır. Bu patent başvurusunda önerdiğimiz sistem, ZnO NT dizini temel alınarak mevcut bilinen sistemlerden farklı olarak AC ve DC manyetik alan ile emassız sürülebilen NJdür. Sistemin üst elektrotun alt yüzeyinde Pt ince film veya ucuz ve ferromanyetik özelliğe sahip Ni’#&in kullanılması Bu amaçla bilinenlerde farklı olarak üst elektrot ince film manyetik malzeme ile kaplanacak böylece dış manyetik alanla ZnO NT titreştirilebilecektir. Ayrıca ikinci bir NJ’#&de üst elektrotun alt kısmı benzerlerinde bulunan Pt yerine Ni ile ince film ile kaplanarak hem schottky kontak hem de manyetik alanla sürülebilir özelliğe sahip olacaktır. İki sistemdeki NTlere dikey ve yatay kuvvet uygulanabilir olması NJlere, enerji verimliliğinde benzerlerine göre üstünlük sağlayacaktır. Üretilen TNJlerin manyetik sensörü ve kablosuz şarj sistemlerinde kullanılma özelliği de bulunmaktadır.