Генератори барки бо фишор идорашаванда, ки филтри шишаи ковоки микро-наномикробро бо ҷараёни ионҳои аз об гирифташуда истифода мебарад.-gunaiyou

Ташаккур ба шумо барои боздид аз Nature.com.Версияи браузере, ки шумо истифода мебаред, дастгирии маҳдуди CSS дорад.Барои таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Ҳолати мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед).Дар ҳамин ҳол, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript пешкаш хоҳем кард.
Мо як дастгоҳи ҷамъоварии энергияро бо фишор бо об бо филтри шишагӣ бо каналҳои ковок нишон медиҳем.Мо барои истеҳсоли филтрҳои шишагӣ (диаметри 2 см, ғафсӣ 3 мм) синтеризатсияи хокаро истифода мебарем, бо бор кардани хокаи зарраҳои шишагии боросиликат ба қолабҳои карбон ва гудохтани онҳо дар 700 ° C.Дар таҷрибаи ҷараёни доимӣ, андозаи оптималии миёнаи сӯрохи филтр барои тавлиди нерӯ 12 микрон аст.Бо ин филтр қувваи 3,8 мВт (27 В, 0,14 мА, самаранокии энергия 0,021%) дар суръати ҷараёни об 50 мм/с ба даст омад.Дар озмоиши фишори доимӣ генератор бо шамолдиҳандаи педали 60 кг (830 кПа) ва 50 мл об муҷаҳҳаз карда шуд.Радиуси оптималии сӯрохиҳо барои тавлиди нерӯи барқ ​​дар ин таҷриба 12 микрон буд, ки қудрати 4,8 мВт (18 В, 0,26 мА, 0,017% самаранокии энергия) дар тӯли 1,7 сонияро медиҳад.Ин барои равшании мустақими LED кифоя аст ва конденсатор метавонад энергияи кофӣ барои чарх задани вентилятор ва кор кардани коммуникатори бесимро захира кунад.Дастгоҳҳои таҳти фишори мо барои ҷамъоварии энергия аз ҳаракатҳои суст, аз қабили баъзе вазифаҳои физиологии инсон, ба монанди роҳ рафтан мувофиқанд.
Ҷамъоварии энергия як технологияи ояндадорест, ки дар ҷомеаи ояндаи Интернети ашё (IoT) бисёр дастгоҳҳои электронии хурдро таъмин мекунад1.Барои ҷамъ кардани энергия одатан энергияи рӯшноӣ, энергияи гармӣ ва механикӣ истифода мешавад.Дар байни онњо љамъоварии энергияи механикї тавлиди энергияи электрї аз њаракати механикии ларзиш ва ларзиш мебошад, ки барои њама шинос аст ва имкон медињад, ки миќдори зиёди энергия гирифта шавад2,3.Масалан, асбобхои электромагнитии индукцияи 4, 5, 6, асбобхои пьезоэлектрикй (материалхои электромеханики) 7, 8, 9, 10, 11, асбобхои электростатикии 12, 13, 14 сохта, истифода шудаанд.Бо вуҷуди ин, дастгоҳҳои индуксионии электромагнитӣ аксар вақт самаранокии номатлуб паст доранд.Дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ё дастгоҳҳои электростатикиро хурдтар кардан мумкин аст, аммо ҳангоми паст будани басомади ларзиш (масалан, камтар аз 10 Гц) самаранокии табдилдиҳӣ коҳиш меёбад.Аз ин рӯ, барои ин дастгоҳҳо аз ҳаракатҳои муқаррарии сусти физиологии инсон, ба монанди роҳ рафтан, пурра истифода бурдан душвор аст.
Дар ин мақола, мо ба падидаи он таваҷҷӯҳ хоҳем кард, ки таъсири мутақобилаи байни оби соф ва зарраҳои сахти сатҳи рӯизаминӣ (филтрҳои шишагӣ) дар дастгоҳи тавлидкунандаи энергияи электрикӣ ба амал меояд.Принсипи муфассал дар зер шарҳ дода мешавад.Ин усул барои ларзишҳои басомади паст муфид аст, зеро энергия то он даме, ки об дар дастгоҳ мавҷуд аст, тавлид мешавад.Баъзе гузоришҳо дар бораи дастгоҳҳои тавлиди нерӯи барқ ​​​​дар асоси ин принсип бо истифода аз кремнийи шишагин 15, композитҳои металлӣ-карбон 16 ё селлюлоза 17 мавҷуданд.Аммо, азбаски ин маводҳо шикастаанд, ба онҳо додани шиддати баланд душвор аст, бинобар ин қувваи тавлиди онҳо кам аст.
Шиша бошад, сахту мустахкам аст ва ба он фишори баланд андохтан мумкин аст.Гузоришҳо дар бораи тавлиди нерӯи гидравликӣ бо истифода аз каналҳои шишагии аз боло ба поён микро ё нано сохташуда мавҷуданд18,19,20,21.Бо вуҷуди ин, чунин дастгоҳҳои тавлиди нерӯи барқ ​​​​барои ҷамъоварии нерӯ кофӣ нестанд, зеро ҷараёне, ки ҳар як канал тавлид мекунад, одатан хеле хурд аст (сатҳи пикоамп).
Дар асоси тадқиқот ва оптимизатсияи раванди истеҳсоли дастгоҳ, мо барои зиёд кардани шумораи каналҳои сӯрохиҳо шишаи ковокро истифода мебарем.Ҳарчанд шишаи ковок қаблан барои тавлиди нерӯи барқ ​​истифода мешуд22, иқтидор паст боқӣ мемонад, зеро истеҳсоли филтрҳои шишагии ковок барои тавлиди нерӯи барқ ​​оптимизатсия нашудааст.Усулҳои зиёде барои сохтани дастгоҳҳои гуногуни микрофлюидӣ дар асоси шиша вуҷуд доранд 23 .Бар асоси ин мафҳумҳо ва усулҳо, ҳадафи мо дар ин таҳқиқот таҳқиқи таъсири андозаи сӯрохиҳо ба иҷрои тавлиди нерӯи барқ ​​​​ва таҳияи як дастгоҳи амалии ҷамъоварии энергия иборат аст, ки аз як филтри шишаи ковок ва васлаки фишори по барои интиқоли нерӯ аз таҷрибаомӯз иборат аст.пойҳо.Барои нишон додани ҳосили воқеии энергия генераторро клик кунед.
Усули шабеҳи тавлиди энергия, тавлиди энергияи осмотикӣ тавассути мембранаҳои нанопороз ба ҳама маълум аст24.Дар ин усул маводи нанопороз, аз ҷумла карбон 25, гилхок 26 ё нитриди кремний 27, ки бо маҳлулҳои намаки консентратсияи гуногун барои истихроҷи энергия омехта шудаанд, истифода мешавад.Тафовути муҳим дар он аст, ки тавлиди энергияи осмотикӣ градиенти консентратсияи ионҳоро талаб мекунад ва аз фишори беруна истифода бурда наметавонад.
Принсипи тавлиди нерӯи гидравликӣ дар расми 1а нишон дода шудааст.Фарз мекунем, ки оби соф ба каналҳои шишагии нано ё микроҳаҷм ҷорӣ мешавад.Молекулаҳои об дар натиҷаи мувозинати гармӣ қисман ҷудо шуда, ба протонҳо (Н+) ва ионҳои гидроксид (OH-) ионизатсия мешаванд.Вақте ки об ба канали хурд ворид карда мешавад, H+ ба осонӣ ба канал ворид мешавад, аммо OH- бо душворӣ ба канал ворид мешавад.Ин аз он сабаб аст, ки сатҳи канали шишагӣ аз ҳисоби гурӯҳҳои силанол дар сатҳ пас аз ба об баромадани зарраҳои H+ манфӣ заряднок мешавад.Дар натиҷа, консентратсияи H+ дар баромад ва консентратсияи OH- дар даромадгоҳ зиёд мешавад.Яъне, агар андозаи канал хеле хурд бошад, канали шишагӣ ҳамчун филтри ионӣ амал мекунад.
Сохт ва принципи кори генератори фишордор бо филтри шишагини ковок.(a) Принсипи тавлиди энергияи фишор дар каналҳои шишагӣ, ки андозаашон аз микрон то наномикёс аст.Ин падидаҳои схематикии боло ва поёнӣ дар як вақт ба амал меоянд.параметрҳое, ки дар муодила истифода мешаванд.(1) ва (2) низ муайян карда шудаанд.(б) Диаграммаи буридани генератори прототипи.
Дар ин ҳолат интиқоли нерӯи барқ ​​​​бо роҳи электронӣ пайваст кардани даромад ва баромад бо истифода аз симҳо сурат мегирад.Дар электроди воридотӣ OH- молекулаҳои оксиген ва обро ташкил медиҳад ва электронҳоро тавлид мекунад.Дар электроди баромад H+ электронҳоро ба худ мегирад ва молекулаҳои гидрогенро ташкил медиҳад.Қувваи барқ ​​тавассути ин реаксияҳо мегузарад.Пас аз он ки ионҳо реаксия мекунанд ва барои ташаккули молекулаҳои газ сарф мешаванд, аз оби боқимонда ионҳои нав ба вуҷуд меоянд, то мувозинати гармиро нигоҳ доранд.Агар молекулаҳои гидроген ва оксигени ҳосилшуда тавассути реаксияи каталитикӣ ба об дубора пайваст шаванд, ин давраи реаксия метавонад пайваста идома ёбад ва газро ҳамчун манбаи энергия низ истифода бурдан мумкин аст.Дар асл, миқдори гидроген ва оксигени истеҳсолшуда хурд аст (одатан чанд дақиқа дар як давраи реаксияи миқёси нанограмма).Аз ин рӯ, дар ин гузориш мо нерӯи барқеро, ки тавассути филтри ион тавлид шудааст, истифода бурдем.
Шиддати аз ҷиҳати назариявӣ тавлидшуда (V) бо муодила тавсиф карда мешавад.(1), муодилаи Ҳелмголтс-Смолуховский 28:
ки дар он ε гузаранда, ξ потенсиали зета, μ часпак, K гузаронандаи об ва ΔP фишори истифодашаванда мебошад.Азбаски ε, ξ, µ ва K параметрҳои собит мебошанд, ки аз рӯи хосиятҳои рӯизаминӣ ва обӣ, ки аз геометрияи канал вобаста нестанд, муайян карда мешаванд, V ба ΔP мутаносиб аст.Илова бар ин, ΔP бо муодила тавсиф карда мешавад.(2), Қонуни Ҳаген-Пуазей 29:
ки дар он D диаметри нисбии канал, L дарозии канал, Q суръати чараён мебошад.аз муодила.(1) ва (2) Равшан аст, ки агар Q доимӣ бошад, барои баланд бардоштани шиддат D бояд хурдтар бошад.Барои баланд бардоштани самаранокии тавлиди нерӯи барқ, каналҳои хурдтари параллелӣ бояд бо майдони калонтарин тарҳрезӣ шаванд.Дар ин ҳолат, истифодаи шишаи пуриқтидор як қарори тарроҳии оқилона аст.
Дар расм.1б сохти прототипи генераторро нишон медихад.Филтри шишагии фритро (диаметри 2 см, ғафсӣ 3 мм) ба дорандаи филтри каме тағйирёфтаи дар тиҷорат дастрас бо мӯҳри резинӣ ҷойгир кунед (масалан, сӯрохро барои пайваст кардани қубур барои калон кардани он буред).Электродҳои тории мисро дар боло ва поёни филтри шиша ҷойгир кунед.Қубурҳои воридотӣ ва баромад бо илтиёми эпокси дар ҷойҳои нишон додашуда мустаҳкам карда мешаванд.
Мо аввал раванди истеҳсоли филтрҳои шишагинро таъсис додем ва сипас сохторро дар шароити гуногуни истеҳсолот тафтиш кардем.Тафсилоти истеҳсолот дар расми 2а ва дар фасли Усулҳо тасвир шудааст.Мо синтеризатсияи хокаро тавассути бастабандии хокаи зарраҳои шишаи боросиликат ба қолаби карбон ва гудохтани онро дар зери фишор ба вазн истифода кардем, тавре ки дар расми 2b-d нишон дода шудааст.Дар ҳоле ки истеҳсоли лазерии 30, 31, 32 одатан барои сохтани филтрҳои шишагӣ истифода мешавад, синтеризатсия соддатар аст ва филтрҳои боэътимодро бо шумораи зиёди каналҳо истеҳсол мекунад.Пластинхои филтркунанда аз шишаи боросиликат (диаметраш 2 см) сохта шудаанд (расми 2е).Одатан, ҳарорати 750 °C33,34 барои пайвастани зич тавассути гудохтани шиша истифода мешавад.Аммо дар ин харорат заррачахои шишаи боросиликат тамоман гудохта, хокистарранг мешаванд ва об аз онхо намегузарад.Бар асоси таҷрибаи қаблии мо35,36, ки шиша ва шиша метавонанд бо ҳам пайваст шаванд, агар фишор ҳатто дар ҳарорати пасттар татбиқ карда шавад, мо дар ин ҷо ҳарорати агломератсияи 680–720 °C истифода мебарем.Дар ин шароит мо филтрҳои хуби шишагӣ ба даст овардем, ки аз таназзул ранг нагирифтанд.Аммо мушохидахои микроскопй нишон доданд, ки канорхои заррачахои шиша дар 710 ва 720°С каме гудохта шудаанд (расми 2ф).Илова бар ин, филтрҳо ҳангоми синтеризатсия дар 680 ва 690 ° C хеле осебпазиранд.
Таҳқиқот ва таҳқиқоти сохтории филтрҳои шишагии порус.(а) Тартиби сохтани филтри шиша.(б) қолабҳои карбон барои сохтани филтрҳои шишагӣ истифода мешаванд.(в) сӯрохиҳои қолаби пур аз frit шиша.(г) Насбкунӣ дар танӯр бо вазни гилхок.(д) Филтри шишагии истеҳсолшуда.(е) Тасвири SEM-и сатҳи филтри шишагии ковокӣ пас аз синтеризатсия дар ҳарорати дар болои ҳар як тасвир нишондодашуда.(ж) Поросиметрии симоб барои филтрҳои шишагии ковок, ки дар ҳароратҳои гуногун синтер карда мешаванд, натиҷа медиҳад.Хатҳои сиёҳ ва сурх тақсимоти ҳаҷми сӯрохиҳо (V) ва радиуси сӯрохҳо (R) мутаносибан аз рӯи вазнро ифода мекунанд (V аз R гирифта шудааст).(з) Тасвири SEM-и сатҳи филтри шишагини ковок дар 700 ° C бо истифода аз хокаи шишаи майдашуда, вақти суфтакунӣ дар болои ҳар як тасвир нишон дода шудааст.(i) Поросиметрияи симоб барои филтри шишагини ковокӣ дар ҳарорати 700°С бо истифода аз хокаи шишаи фрезашуда натиҷа медиҳад, вақти фреза дар болои ҳар як тасвир нишон дода шудааст.Барҳои миқёс дар тасвирҳои SEM (f) ва (h) нишон дода шудаанд.
Барои филтрҳое, ки дар ҳароратҳои гуногуни синтеризатсия омода карда шудаанд, тақсимоти андозаи сӯрохиҳо бо истифода аз поросиметрияи симоб чен карда шуданд ва натиҷаҳо дар расми 2g нишон дода шудаанд.Қуллаҳои тақсимоти андозаи сӯрохҳо дар ҳароратҳои гуногун каме фарқ мекунанд.Қулла дар сатҳи 20 микрон (радиуси миёнаи сӯрох) дар ҳама ҳароратҳо ҷойгир аст.Аммо баландии қулла ҳангоми баланд шудани ҳарорат паст мешавад.Ин маънои онро дорад, ки баробари баланд шудани ҳарорати агломератсия сӯрохҳо бо шишаи гудохта пур мешаванд.Бо назардошти ин маълумот ва канорагирӣ аз шикаста, мо ба хулосае омадем, ки ҳарорати оптималии агломератсия 700 ° C аст.Мо ин шартро барои омӯхтани таъсири андозаи зарраҳо ба истеҳсоли минбаъдаи филтри шиша истифода бурдем.
Барои назорат кардани андозаи шиша зарраҳо майда карда мешаванд.Тасвирҳои микроскопи электронии сканерӣ (SEM) ва гистограммаҳои диаметри зарраҳои майдашуда бо вақтҳои гуногуни суфтакунӣ дар расми 20 нишон дода шудаанд.S1.Диаметри миёнаи Ферет, ки ҳамчун масофаи байни ду ҳавопаймои параллелӣ муайян карда мешавад, ки объектро ба он самт перпендикуляр ҷудо мекунад, метавонад аз 4 то 150 микрон идора карда шавад.
Зарраҳои майдашуда барои сохтани филтрҳои шишагӣ истифода мешаванд ва дар ҳарорати 700 ° C синтер карда мешаванд.Тасвирҳои SEM (расми 2h) нишон медиҳанд, ки аксари зарраҳо шакли худро нигоҳ медоранд, гарчанде ки қисман обшавии заррачаҳои хурд мушоҳида мешавад, махсусан дар вақти тӯлонитари суфтакунӣ.Ин ба натиҷаҳои тақсимоти андозаи сӯрохиҳо мувофиқ аст (расми 2i).Қуллаҳо дар 20, 12, 8, 5 ва 1 мкм (радиуси миёнаи сӯрохҳо) дар вақти суфтакунии 0, 5, 10, 20 ва 30 дақиқа пайдо мешаванд.Бо вақти суфтакунӣ 40 дақиқа, пайдо кардани қулла душвор буд.Ин нишон медиҳад, ки андозаи сӯрохиҳо бо зиёд шудани вақти суфтакунӣ хурдтар мешавад, аммо ҳаҷми сӯрохҳо (баландии қулла) аз ҳисоби обшавии заррачаҳои майда кам мешавад.Хусусан дар вақти суфтакунии 30 ва 40 дақиқа, андозаи сӯрохҳо ба андозаи нано мерасад ва баландии қулла хеле хурд аст.Ин хосиятҳо бо иҷрои тавлиди нерӯи барқ ​​зич алоқаманданд, ки мо онро дар оянда баррасӣ хоҳем кард.
Бо истифода аз филтри шишагини сохташуда, мо генераторро намоиш додем ва таъсири андозаи сӯрохиро бо системаи доимии обтаъминкунӣ тафтиш кардем (расми 3a–c).Генератор тавассути насб кардани филтри шишагӣ ба дорандаи филтри тиҷоратӣ ва гузоштани электродҳо дар боло ва поёни филтр сохта шудааст (Расми S2).Ҳама таҷрибаҳо бо истифодаи системаи обтаъминкунӣ дар ҳарорати хонагӣ гузаронида шуданд.Оби софи деионизатсияшуда, ки тавассути системаи Milli-Q гирифта шудааст, ба генератор ворид карда шуд ва шиддат ба вуҷуд омад (расми 3г).Истеҳсоли шиддати такрорӣ низ тасдиқ карда шудааст.Каме паст шудани шиддат ба амал омад, аммо ин шояд аз он бошад, ки мо обро аз нав истифода мебарем.Шумораи ҳуҷайраҳо ва масофаи байни филтри шишагӣ ва электроди шабака оптимизатсия карда шуданд ва ин натиҷаҳо дар расми S3 оварда шудаанд.
Тавсифи хусусиятҳои тавлиди нерӯи филтрҳои шишагии истеҳсолшуда.(а) Насбкунӣ барои тавсифи филтри шишагӣ.Об ба генератор тавассути системаи обтаъминкунӣ дода мешавад ва ба воситаи клапани чекӣ гардиш карда мешавад.Шиддати ченшуда аз ҷониби компютер тавассути панели воридотӣ сабт карда мешавад.(б) Сурати генератор бо филтри шишагӣ ва электродҳо.(в) Сурати системаи обтаъминкунӣ.(г) Эволюцияи шиддат ҳангоми барқарорсозии қувваи барқ ​​​​бо истифода аз филтрҳо дар 700 °C ва вақти суфтакунии шиша 5 дақиқа.Суръати водопровод 20 мм/с мебошад.(д) Стресс бо мурури замон бо истифода аз филтрҳои шишагии ковок, ки дар ҳарорати дар болои ҳар як расм нишон дода шудаанд.Ҳар як график шиддатро дар давоми 3 давраи фишор дар суръати системаи обтаъминкунии 4, 6, 8, 10, 20, 30, 40 ва 50 мм/с нишон медиҳад.$E) Муносибати байни шиддат, љараён ва ќувваи номиналии генератор ва њарорати агломератсияи филтри шишагї бо суръати гардиши об 50 мм/с.Қитъаҳои шиддат ва ҷараён инҳирофи миёна ± стандартиро ифода мекунанд (n = 3).(г) Стресс бо вақт бо истифода аз филтри шишагини ковок, ки дар 700 °C синтер карда шудааст, радиуси миёнаи сӯрохҳо дар болои ҳар як расм нишон дода шудааст.Шароити таъминоти об як хел аст, ки дар (е) аст.(з) Шиддати генератор, ҷараён ва қувваи номиналӣ нисбат ба радиуси миёнаи сӯрохиҳо.Қитъаҳои шиддат ва ҷараён инҳирофи миёна ± стандартиро ифода мекунанд (n = 3).
Тавре ки дар расмҳои 3е ва f нишон дода шудааст, шиддат ба суръати ҷараёни об мутаносиб аст.Дар баробари хамин суръат характеристика-хои хосилкунии шиддати фильтрхое, ки дар 680, 690 ва 700°С агломерация карда шудаанд, кариб як хел буданд, вале характеристика-хои хосилкунии шиддати филтрхое, ки дар 710 ва 720°С агломерация карда шудаанд, паст шуд.Ин маънои онро дорад, ки сӯрохиҳои хуб дар ҳарорати баландтари синтеризатсия нопадид мешаванд.Кувваи чараён аз руи нишебии шиддати дар конденсатор хангоми чараёни об чен карда мешавад (расми S4).Ин ҷараёни тавлидшуда тамоюли ҳамон шиддатро дорад, гарчанде ки филтр дар 700 ° C синтер карда шудааст, ба ҳадди аксар ноил мешавад.Ин танҳо аз он сабаб аст, ки шумораи сӯрохиҳои хурд бо ҳарорати то 700 ° C зиёд мешавад, аммо дар ҳарорати баландтар ин сӯрохҳо қариб пурра пӯшида мешаванд.Барои филтр, ки дар 700 ° C синтер карда шудааст, шиддат, ҷараён ва қувват, ки ҳамчун ҳосили шиддат ва ҷараён ҳисоб карда шудааст, арзишҳои баланд доштанд (мутаносибан 11 В, 74 мкА ва 0,80 мВт).Дар асоси ин натиҷа, мо ба хулосае омадем, ки ҳарорати синтеризатсияи 700 °C беҳтарин филтрро барои генератор таъмин мекунад.
Сипас, барои таҷрибаҳои тавлиди нерӯи барқ ​​филтрҳо аз зарраҳои абразивӣ, ки дар ҳарорати 700 ° C омехта шудаанд, истифода шуданд.Тавре ки дар расмҳои 3g ва h нишон дода шудааст, филтрҳо бо вақти фрезеркунии 5 дақиқа (радиуси миёнаи сӯрохи 12 мкм) мутаносибан қуллаҳои шиддат, ҷараён ва қудрати 27 В, 0,14 мА ва 3,8 мВт истеҳсол карданд.
Мо инчунин кори генераторро бо истифода аз андозагирии қувва ба таври муфассал таҳлил кардем, то дурустии маълумоти муносибати фишори обро ба тавлиди нерӯи барқ ​​арзёбӣ кунем.Қувва ва фишоре, ки системаи обтаъминкуниро ба сӯзандору расонидааст, бо табдилдиҳандаи қувва чен карда шуд ва натиҷаҳо дар расми S5 нишон дода шудаанд.Ин қувва одатан ба суръат ва нозукии филтратсия мутаносиб аст.
Дар асоси ин натиҷаҳо, мувофиқи афзоиши фишор дар муодилаи (1), афзоиши шиддат аз бидуни фреза (андозаи миёнаи сӯрохи 20 мкм) ба филтр бо вақти резиши 5 дақиқа (андозаи миёнаи сӯрохи 12 мкм) оқилона аст.(1) ва (2), аммо фишоре, ки аз ҷониби филтрҳо бо вақтҳои тӯлонии суфтакунӣ ба вуҷуд омадааст, аз сабаби баста шудани сӯрохиҳо кам мешавад.Махсусан, вакте ки вакти суфтакунй 30 дакика ва аз ин хам зиёд буд (бо андозаи миёнаи сурохии 5 мкм ва ё камтар), филтр ба фишор тоб наоварда, дар вакти тачриба канда шуд.Аз ин рӯ, мо дар бораи ин шароит маълумот надорем.Сабаби дигар метавонад дар он бошад, ки хосиятҳои электрикии об дар каналҳои зеримикрославӣ аз хусусиятҳои об дар ҳаҷми умумӣ фарқ мекунанд37,38.Бо дарназардошти қувваи оби 350 Н ва суръати интиқоли сӯзандоруҳо 50 мм/с, самаранокии баландтарини энергия дар 0,021% бо истифода аз филтри бо вақти суфтакунии 5 дақиқа истеҳсолшуда (андозаи миёнаи сӯрохи 12 мкм) ҳисоб карда шуд..
Гарчанде ки генератор дар фасли қаблӣ озмуда шуда буд, мо нигарон ҳастем, ки ҷараён аз ифлосиҳои дар шишаи боросиликат мавҷудбуда тавлид мешавад.Барои тасдиқи он, ки ташаккул танҳо дар натиҷаи таъсири мутақобилаи сатҳи шиша бо об ба амал меояд, ҳамчун филтр зарраҳои кремнийи омехташуда аз ифлосиҳо истифода мешуданд.Натиҷаҳо дар расми S6 ҷамъбаст карда шудаанд.Филтри бофтаи кремний дар расми S6b нишон дода шудааст.Гарчанде ки ин филтр нисбат ба филтри шишаи боросиликат нозуктар аст, онро метавон барои таҷрибаҳои тавлиди нерӯ дар суръати пасти ҷараёни об аз 20 мм/с истифода бурд.Регенерацияи шиддат тасдик карда шуд ва чараёни об хамвор буд, чунон ки маълумотхои ченкунии кувва нишон медиханд (расми S6d).Аз ин натиҷаҳо, мо тасдиқ кардем, ки тавлиди энергия на аз ифлосиҳо дар шишаи боросиликат ба вуҷуд омадааст.
Пас аз таҳқиқоти асосӣ дар бахшҳои қаблӣ, мо як дастгоҳи тавлиди нерӯи барқро бо маҷмӯи педали пой сохтем, ки дар расми 4a–c нишон дода шудааст.Қувва ва давомнокии истеҳсоли қувваи барқро чен кунед.Дастгоҳи пахшкунандаи по (расми 4б) сӯзандоруи он, дорандаи генератор ва сарпӯшро дар бар мегирад;дастгоҳ барои ба осонӣ ва самаранок интиқол додани қувваи беруна ба оби сӯзандору пешбинӣ шудааст.Мо ба сӯзандоруе, ки бо дастгоҳ меояд, 50 мл оби софи деионизатсияшуда (оби Милли-Q) ворид кардем.Вакте ки тачрибакунанда ин блокро бо пои худ зер кард, бори такрибан 60 кг (588 Н, ки ба фишори 830 кПа мувофик аст) андохта шуд (расми 4в).Усули ченкунӣ ва сабти электрикӣ ҳамон тавре, ки дар таҷрибаи эффекти андоза мебошад.
Намоиш ва ба кор бурдани генератор бо тазиқи пой.(a) Схемаҳо барои нигоҳ доштани конденсаторҳо ва драйверҳои дастгоҳ.Генераторҳо ба бандарҳои 0 ва 1 пайваст карда шудаанд. Барои барномаҳои каммасрафи барқ, портҳои 2 ва 3 ҳангоми истифодаи генератор пайваст намешаванд.(б) Диаграммаи схематикӣ, ки ҳаракати кории маҷмӯи педалиро нишон медиҳад.(в) Акси маҷмӯаи пойи фишоркунанда.(г) Радиуси миёнаи сӯрохиҳо нисбат ба вақте, ки дар болои ҳар як қитъа бо хокаи шишаи хокӣ кашида шудааст, бо истифода аз вақт нисбат ба вақт барои филтри шишагини ковокӣ дар 700 °C.Ҳар як қитъа фишорро дар давоми 1 давраи фишурдашавӣ аз тақрибан 2 сония бо истифода аз вазни 60 кг (бо пахшкунии пои таҷрибакунанда) нишон медиҳад.(д) Шиддат, ҷараён, давомнокии тавлид, қувваи номиналӣ ва энергияи генератор нисбат ба радиуси миёнаи сӯрохҳо.Қитъаҳои шиддат ва ҷараён инҳирофи миёна ± стандартиро ифода мекунанд (n = 3).(е) равшании мустақими LED-ро тавассути пайваст кардани LEDҳо ба генератор истифода баред (бе коммутаторҳо ё конденсаторҳо).Дар акси боло танзимоти умумӣ нишон дода шудааст, дар ҳоле ки ду акс дар зер пеш ва пас аз пахш кардани по нишон медиҳанд.(g) Барномаҳо барои рондани чархҳо тавассути сарфаи энергия дар конденсаторҳо.Дар расми боло танзимоти умумӣ нишон дода шудааст ва дар расми 2 дар поён ротор (вентилятор) ва дисплейи мултиметрӣ нишон дода шудааст, ки шиддати ҷамъшударо дар конденсатор пеш ва пас аз фурӯзон кардани коммутатор барои баровардани энергия дар конденсатор нишон медиҳад.(h) Энергияи дар конденсаторҳо захирашуда ба автобуси асбоби алоқаи бесим истифода мешавад.Пас аз ҷамъшавии энергия, дастгоҳи алоқа ба таври худкор ба компютер сигнал мефиристад.Дар акси рости боло танзимоти умумӣ нишон дода шудааст ва акс дар тарафи чапи боло намуди васеъшудаи конденсатор ва интиқолдиҳанда мебошад.Суратҳо дар мобайн ва поён скриншотҳое мебошанд, ки аз ҷониби нармафзор барои тасдиқи қабул ва интиқоли сигнал гирифта шудаанд.
Агрегати пои пресскунанда аз ҷониби пои фишоркунандаи таҷрибакунанда бемаънӣ ба кор медарояд ва онро дар давоми таҷриба камаш 100 маротиба пайваста истифода бурдан мумкин аст.Пас аз анҷом додани 50 пресс ҳар дафъа дар таҷриба 50 мл об хориҷ карда шуд ва дубора истифода шуд.Дар ракамхои 4д ва е натичахои тачрибахои истехсоли энергия нишон дода шудаанд.Шиддати он фавран пас аз фишор овардан зиёд шуд (дар t = 2-3 сония) ва ҳангоми холӣ шудани тамоми оби сӯзандору ба сифр паст шуд.Шиддат ва ҷараёне, ки бо истифода аз филтрҳое, ки бо вақти 5 дақиқаи суфта сохта шудаанд (андозаи сӯрохиҳои миёна 12 микрон) ба авҷи аъло расид.Ин ҳамон натиҷаест, ки аз таҷрибаҳо бо истифодаи системаи доимии обтаъминкунӣ ба даст омадааст.Аммо баробари зиёд шудани вақти суфтакунӣ давомнокии тавлиди энергия низ зиёд мешавад, зеро дар ин таҷриба фишори доимӣ (фишори пои таҷрибакунанда) барои тавлиди энергия истифода мешавад.Баръакс, вақте ки андозаи сӯрохҳо хурдтар мешаванд, суръати ҷараён кам мешавад (расми S7a).Њамин тариќ, ќитъаи энергияи љамъовардашуда нисбат ба ваќти суфташуда ќуллаи ќуллае дорад, ки нисбат ба ќитъаи ќувва нисбат ба давомнокї ба тарафи рост гузаштааст (расми 4е).Барои филтрҳое, ки бо вақти суфтакунии 10 дақиқа (андозаи миёнаи сӯрохи 8 мкм) сохта шудаанд, қуллаҳои шиддат, ҷараён ва қудрат мутаносибан 18 В, 0,26 мА ва 4,8 мВт буданд.Азбаски давомнокии тавлиди энергия тавассути ин филтр 1,7 сония аст, энергияи ҷамъшуда 6,8 мҶ аст.Бо дарназардошти қувваи татбиқшаванда (588 Н) ва ҷойивазкунии сӯзандоруи сӯзандору (70 мм), мо барои филтри бо вақти суфтакунии 10 дақиқа истеҳсолшуда (андозаи миёнаи сӯрох 8 микрон) 0,017% самаранокии энергетикиро ҳисоб кардем.
Барои нишон додани он, ки таъминоти барқи натиҷавӣ қобилияти рондани схемаҳо ва электроникаро дорад, мо озмоишҳои равшании LED, санҷиши гардиши мухлисон ва санҷишҳои асбобҳои бесими бесимро гузаронидем.Аввалан, чароғҳои LED тавассути пайвасти мустақим бидуни истифодаи конденсаторҳо фурӯзон мешаванд.Дастгоҳи таҷрибавӣ дар расм нишон дода шудааст.4f ва дар Филми иловагии 1. Вақти сӯзандору барои маҷбур кардани тамоми оби захирашуда аз сӯзандору тавассути филтри шишагӣ тақрибан 2 сония аст.Дар ин вақти пахшкунӣ, LED фурӯзон мешавад.Ин барномаро фаҳмидан осон аст ва онро барои равшан кардани он вақте ки одамон дар торикӣ роҳ мераванд, истифода бурдан мумкин аст.
Фасли хурд аз муҳаррики хурд ва дигар қисмҳои чопшудаи 3D ҷамъ карда шудааст ва ба таври шабеҳ ба равшании LED, тавре ки дар расми 4g нишон дода шудааст, идора карда мешавад.Аммо бар хилофи равшании LED, мухлис барои чарх задан ба қувваи бештар ниёз дорад.Ҳамин тавр, мо як конденсатори калонро (4700 uF) истифода бурдем ва конденсаторро бо 50 фут фишор пур кардем.Шиддати дар конденсатори ченкунанда захирашуда 5,2 В аст.Генератори филтрҳои шишагӣ барои чарх задани як мухлиси хурд қувваи кофӣ истеҳсол мекунад.Натиҷаҳои таҷрибавии мувофиқ дар Филми иловагии 2 оварда шудаанд. Мо нишон додем, ки чизеро ба мисли мини-вентилятор идора кардан мумкин аст, ки ҳангоми роҳ рафтан мумкин аст.
Ниҳоят, асбоби бесим фаъол мешавад, тавре ки дар расми 4h нишон дода шудааст;чунин асбобҳо барои мониторинги оқилона тавассути фиристодани сигналҳои пайваста дар бораи муҳити зист, аз ҷумла тағирёбии ҳарорат, рӯшноӣ ва ҳаракат васеъ истифода мешаванд.Генератори сигнал ба конденсатор (2200 мкФ) пайваст шуда, пас аз ҷамъшавии энергия дар он (~0,2 В) сигналро ба таври худкор интиқол медиҳад.Вақте ки шумо педальро ду маротиба пахш мекунед, асбоби бесим ба қабулкунандаи сигнал сигнал мефиристад, ки онро компютер идора мекунад.Амали воқеии сабти сигнал дар Филми иловагии 3 нишон дода шудааст. Вақте ки маҷмӯи бесими генератори сигнал ва конденсатор аз генератори филтри шишагӣ кор мекунад, он ҳамзамон сигналҳоро ба кор меандозад ва онҳоро ба қабулкунанда мефиристад.Пас аз қабули сигналҳо, қабули онҳо дар монитор то он даме, ки тамоми шиддат дар конденсатор пароканда карда шавад, инъикос карда мешавад.Дар ин тачриба мо ба масофаи 3 метр сигнал фиристодем.Ин барнома барои мониторинги саломатии шахсӣ муфид хоҳад буд.
Аз руи принципи тавлиди энергияи электр гидроген ва оксиген хосил мешавад.Дар ин ҷо мо ҳисоб мекунем, ки чӣ қадар ҳаҷм тавлид мешавад.Микдори моддаи гидрогенро (nh) аз руи муодила хисоб кардан мумкин аст.(3):
ки дар он I љараён аст, t давомнокии тавлид, F доимии Фарадей (9,6 × 104 С/мол).Дар озмоиши фишори пиёда ќувваи максималии љараён (I) 0,26 мА ва давомнокии мувофиќ (t) 1,7 с буд.Дар ин ҳолат, nh ҳамчун 24 нмол (48 нг) ҳисоб карда шуд.Миқдори шаклҳои оксиген (на) нисфи nh дар 12 нмол (380 нг) аст.Азбаски ҳаҷми об дар ин таҷриба 50 мл аст, консентратсияи гидроген ва оксиген мутаносибан 0,96 ppb ва 7,7 ppb ҳисоб карда мешавад.Чунин консентратсияи пастро ҳатто бо таҷҳизоти мониторинги гази дар тиҷорат дастрас хеле ҳассос чен кардан душвор аст.Барои чен кардани газ, ҷараёни ҷорӣ бояд хеле зиёд карда шавад.
Бо вуҷуди ин, тасдиқ кардан муҳим аст, ки насли ҷорӣ бо сабабҳои дигар ба монанди ларзиш ё садо ба вуҷуд намеояд.Ҳамин тариқ, мо маълумоти назорати манфӣ ба даст овардем.Шиддате, ки дар натиҷаи татбиқи фишори 830 кПа бо истифода аз тағирдиҳандаи фишор бе филтри шишагин дар генератор тавлид мешавад, дар расми 2 нишон дода шудааст.S7b.Он 0,12 ± 0,04 V (n = 3, ± SD) аст, ки аз маълумот барои филтрҳои шишагӣ хеле камтар аст.Аз ин натиҷа, принсипи тавлид тасдиқ карда шуд.
Илова бар ин, мо таъсири ҷараёнро ба муқовимати филтрҳои шишагӣ таҳқиқ кардем.Агар муқовимат аз сабаби ҷараён ба таври назаррас тағир ёбад, ҷараён метавонад аз сабаби ихроҷи ҷараён нодуруст чен карда шавад.Моделсозии иловашуда дар расми S8.Ин нишон медиҳад, ки муқовимат бо ҷараён ё бидуни ҷараён тақрибан якхела аст.Илова бар ин, муқовимат воқеан бо истифода аз табдилдиҳандаи фишор ва филтр бо андозаи миёнаи сӯрохи 8 мкм чен карда шуд.Муқовимат бо ва бидуни ҷараён (35 мл/с) мутаносибан 1,50 ± 0,14 МΩ (n = 3, ± SD) ва 1,41 ± 0,10 MΩ (n = 3, ± SD) буд.Ягон фарқияти назаррас мушоҳида карда нашуд.Илова бар ин, муқовимати филтр ба қадри кофӣ калон аст, ки ҷараёни ихроҷро пешгирӣ кунад, нисбат ба муқовимати занҷираи беруна (68 кОм), ки аз шиддат ва ҷараёни ченшуда дар расми 4е ҳисоб карда шудааст.Аз ин натиҷаҳо, мо ба хулосае омадем, ки ҷараён ба муқовимат таъсир намерасонад.
Фаъолияти максималии генератори насосӣ бо истифода аз насоси пой дар ин таҷриба 4,8 мВт (18 В, 0,26 мА, 0,02% самаранокии энергия) ва давомнокӣ бо истифода аз филтр бо андозаи миёнаи сӯрохи 8 мкм 1,7 с аст.мкм, ки дар харорати 700°С синтер карда шудааст.Мо нишондихандаро бо дастгоххои аз ин пеш маълумшудаи чамъоварии энергияи механикй мукоиса кардем.Ҷадвали 1 принсипҳо, маводҳо ва муқоисаи самаранокии онҳоро бо истинод ба муқоисаи дастгоҳҳои гидротехникӣ, ки аз рӯи ҳамон принсип кор мекунанд, ҷамъбаст мекунад.
Дастгоҳи электромагнитӣ 6 қувваи баланд медиҳад, аммо калон аст.Дастгоҳҳои Piezo8 ва electrostatic14 хеле хурданд, аммо давомнокии истеҳсоли энергия кӯтоҳ аст.Аз ин рӯ, ҳангоми ҳаракати тӯлонӣ (яъне зиёда аз 1 сония) истифода бурдани онҳо душвор аст.Аз тарафи дигар, тавлиди нерӯи таҷҳизоти мо муддати тӯлонӣ мегирад, зеро тавлиди нерӯи барқ ​​​​то даме, ки дар таҷҳизот об мавҷуд аст, идома дорад.Дар усулҳои тавлиди нерӯи гидростатикӣ, маводҳои ғайр аз шиша, аз ҷумла кремнийи шишагин15, композитҳои металлӣ-карбон16 ё селлюлоза17, танҳо миқдори ками нерӯи барқро (камтар аз чанд микроватт) таъмин карда метавонанд, зеро онҳо аз сабаби шикастани худ истифода намешаванд. моддӣ, бинобар ин, шиддат дар натиҷа он қадар баланд нест (камтар аз 1 В).
Аксари манбаъҳои анъанавии энергия микроканалҳои фотолитографӣ ё наноканалҳоро ба ҳамин тариқ истифода мебаранд18,19,20,21.Дастгоҳҳое, ки каналҳои шишагии фотолитографиро истифода мебаранд, қувваи хеле камтарро тавлид мекунанд (камтар аз 1 мкВт).Ҳарчанд шиша метавонад ба шиддати баланд тобовар бошад ва аз ин рӯ метавонад нисбат ба дигар маводҳо шиддати баландтар тавлид кунад, ҷараён тавассути он хеле паст аст (якчанд микроампер ё камтар).Максади асосии ин тадкикотхо омухтани хосиятхои сатхи ва моеъ мебошад.Барои ин, бо истифода аз фотолитография муайян кардани геометрияи канал муҳим аст, аммо ҷараён аз сабаби мушкилии ҳамгироии каналҳои 3D паст аст.Ҳамчунин гузоришҳо дар бораи истифодаи филтрҳои шишагини синтерӣ мавҷуданд22.Бо вуҷуди ин, дар ин тадқиқот филтрҳои тиҷоратӣ истифода шуданд.Он барои тавлиди нерӯи барқ ​​оптимизатсия нашудааст.Аз ин рӯ, шиддат паст аст (22 мВ) ва аз ин рӯ, қувваи он ҳанӯз паст аст (20 нВт), ки қисман аз сабаби ноустувории шишаи ковок аст.Аз тарафи дигар, мо филтрҳои шишагинро аз сифр месозем.Мо усулҳои пайвасткунии шиша ба шиша бо ҳарорати пастро тавассути фишор дар ҷараёни агломератсия истифода бурдем35,36 ва ба истеҳсоли филтрҳои шишагии устувор муваффақ шудем, ки онҳоро ҳатто дар фишори моеъи 830 кПа истифода бурдан мумкин аст.Дар натича истехсоли кувваи электр бештар аз 4 баробар меафзояд.
Умуман, мо генератори барқро бо истифода аз филтри шишагини ковок сохтем, раванди истеҳсолиро оптимизатсия кардем ва вақти тавлиди нерӯи барқро беш аз 1 сония нишон додем.Ин барои истифодаи муқаррарии схема кифоя аст, ба монанди ҷамъоварии нерӯ тавассути конденсаторҳо ё баланд бардоштани шиддат, аз ин рӯ мо фоиданокро ҳамчун осциллятори ҷамъоварии барқ ​​нишон медиҳем.Системаро метавон ҳамчун прототипи генератори энергияи барқӣ, ҳамчун манбаи энергия барои дастгоҳҳои гуногуни интерфейси инсон ва мошин дар асоси системаи тағир додани рафтори инсон ва мошин истифода кард.Система ҳамчун манбаи қувваи худ гардонандаи басомади пастро истифода мебарад, аз ин рӯ он манбаи тоза ва бехатар бо барномаҳои зиёди ояндаи имконпазир мебошад.
Илова бар ин, ин тавлиди ионҳо аслан бо генератори шуои электрикӣ, ки мо қаблан нишон дода будем, якхела аст.Ин генератор бисёр насосҳои иониро (протеинҳои мембрана) бо узвҳои электронии чӯбро муттаҳид мекунад, ки аденозинтрифосфатро (ATP) ҳамчун манбаи энергия барои интиқоли ионҳои мушаххас барои интиқоли ионҳо истифода мебарад.Генератори фишоровари мо метавонад ҳамчун яке аз маҳсулоте ҳисобида шавад, ки аз ин дастгоҳи синтези ҳаёти мошин илҳом гирифта шудааст41, 42, 43.
Филтрҳои шишагӣ бо ду роҳ сохта мешаванд.Аввал дар сӯрохиҳои қолаби карбон (Beijing Jinglong Special Carbon Co., Ltd, Пекин, Чин) фрити боросиликатӣ (Фуруучи химиявӣ, Токио, Ҷопон) (диаметри сӯрох 2 см, чуқурӣ 3 мм) гузошта шуд.) ва фрит синтер карда мешавад.Усули дуюм хокаи зарраҳои шишаи хокиро истифода мебарад.3 г заррачаҳои калон дастӣ дар миномёт (As One, Осака, Ҷопон) бо суръати доимии гардиши 120 чархзанӣ хок карда шуданд.Вақти суфтакунӣ тавассути сониясан идора карда мешавад.Хока дар қолаби сахти карбон ҷойгир карда шуд ва сипас вазнҳои гилхок (60 г/таблица, Юни Электроникс Co., Ltd., Гуанчжоу, Чин) ба ҳар як сӯрохи пур аз заррачаҳо (3 табақ/асои) барои фишор овардан ҷойгир карда шуданд.Хокаи шишаро дар печи вакуумй (KDF-900GL, Денкен, Киото, Ҷопон) барои филтр сохтанд.Дар давоми 2 соат хароратро то харорати дилхох (680—720°С) баланд бардошта, дар ин харорат 5 соат нигох доред.Пас аз он, қолабҳои дорои филтрҳои синтерӣ то ҳарорати хонагӣ зиёда аз 8 соат хунук карда шуданд.Ҳамаи расмиёти агломератсия дар зери вакуум гузаронида шуданд.
Филтрҳои омехтаи кремний ба ҳамин тариқ бо истифода аз хокаи SiO2 (Furuuchi Chemical Corporation) омода карда шуданд.Аз сабаби ҳарорати баланди нармшавии кремнийи омехта, мо ҳарорати агломератсияи 1100 ° C барои 10 соат дар вакуум барои сахтшавии муваққатӣ истифода кардем ва сипас танӯри ғайривакуумӣ (KDF-S80) барои 5 соат дар 1150 ° C, Денкен., Киото, Япония) бе шаклхои карбон.Дар хотир доред, ки дар қолаб сахтшавии муваққатӣ вуҷуд дорад, пас қолабро хориҷ кунед ва танӯри ғайривакуумӣ барои мустаҳкам кардани филтр истифода баред.
Ин раванд дар ҷои дигар тавсиф шудааст44.Хулоса, филтрҳои шишагини синтерӣ ба қисмҳои хурд (диаметри камтар аз 1 см) шикаста мешаванд.Сипас онҳо дар як порозиметри автоматии симоб ҷойгир карда шуданд (Паскал 140 барои фишори паст ё Паскал 240 барои фишори баланд; MicrotracBEL, Осака, Ҷопон).Шиддати сатҳӣ ва кунҷи тамоси симоб, ки дар ин андозагирӣ истифода мешавад, мутаносибан 0,48 Н/м ва 141,3° мебошад.
Дорандагони филтр (Swinnex Filter Holder Φ25 мм, Merck, Массачусетс, ИМА), арматураҳои Luer (VPRM406, ISIS, Осака, Ҷопон), варақаҳои тории мис (№ 100, Дӯкони тухмҳо, Токио, Ҷопон) ва қубурҳои силикон омода карда шуданд.Барои васеъ кардани сӯрохии филтр бо мошини фрезерӣ (HRT-86, Такаги, Ниигата, Ҷопон) буриш карда шуд.Арматураҳои Luer ба болои дорандаи филтр ва ба найчаи силикон (диаметри 4 мм) часпонида мешаванд.Дар поёни доранда аст, ба дигар найчаи силикон пайваст (диаметри 10 мм).Аз торчаи мисин ду доира (диаметри 20 мм) бурида, якеро ба боло ва дигареро ба зери электроди филтр гузоред.Ниҳоят, симҳоро ба электродҳо бо кафшер тавассути найчаи кремний сӯрохшуда пайваст кунед.
Об ба генератор аз сӯзандоруи 50 мл (SS-50ESZ, Терумо, Токио, Ҷопон) бо суръати доимӣ бо истифода аз гардонандаи хатӣ ворид карда шуд.Суръати фаъолкунандаи хатӣ (LEY32C-150, SMC, Токио, Ҷопон) аз ҷониби контроллери ACT (версияи 1.2.0.0, SMC) идора карда мешуд.Об ба як самт тавассути тела додан ва кашидани поршени сӯзандору тавассути клапани чек (AS-1022, ASOH, Осака, Ҷопон) бо истифода аз фаъолкунандаи хатӣ гардиш карда шуд.
Сигналҳои шиддат, ҷараён ва қувва ба компютер тавассути панели воридот / баромад (MF644, Humusoft, Прага, Ҷумҳурии Чех) интиқол дода мешаванд.Дар компютер MATLAB R2020a (версияи 9.9.01467702, MathWorks, MA, ИМА) ва Simulink (версияи 10.2, MathWorks) насб карда шуданд.Дар болои поршени сӯзандору ченак (LSM-50K-B, MinebeaMitsumi, Нагано, Ҷопон) гузошта шуд.Сигнали қувват инчунин ба тахтаи I/O тавассути қувватдиҳандаи штамм (DPM-951A, Kyowa Electronic Instruments, Токио, Ҷопон) фиристода шуд.Тақсимкунандаи 1 МΩ ва резисторҳои силсилаи 2, 5 ва 10 MΩ, ки мувофиқи диапазони шиддати ченшаванда интихоб карда шудаанд, истифода баред.Ҷараён аз нишебии шиддати дар конденсатор нигоҳ дошташуда (200 мкФ) ҳисоб карда шуд, вақте ки таҷрибакунанда пойи худро мӯҳр мезанад.Барои блоки матбуот, як сабти маълумот (NR-600, Keyence, Осака, Ҷопон) бо системаи ченкунии аналогии баландсуръат (NR-HA08, Keyence) ва нармафзор (WAVE LOGGER PRO (версияи R4.02.00), Keyence) барои сабт.Маълумот дар фосилаи 1 мс сабт карда мешавад.
Мо барои намоиш додани тавлиди нерӯ як қатори бузурги прессии пойро тарҳрезӣ ва сохтем (Расми 4б).Дастгоҳ дорои сӯзандору (диаметри 59 мм) ва сӯзандору (диаметри 31 мм) мебошад.Он инчунин дорои сарпӯши мураббаъ (100 мм × 100 мм) ва кронштейн силиндрии дарунӣ (диаметри 34 мм) барои таъмини устувории тамоми дастгоҳ мебошад.Ҷузъҳои дастгоҳ бо истифода аз чопгари 3D Fused Deposition Modeling (FDM) сохта шудаанд (Black Knight, Magic maker, Чунцин, Чин).Маводи дар дастгоҳ истифодашаванда кислотаи полилактикӣ (PLA) мебошад.Тарҳ бо истифода аз нармафзори тарроҳӣ (Fusion 360, Autodesk, CA, ИМА) кашида шудааст.
Санҷиши рӯшноӣ LED-ро (3мм, 3,3-3,6В, 18мА) истифода мебарад ва резисторро истифода намебарад.Энергияи дар конденсатор захирашуда бо мултиметр (MS8233D, Кренова, Чин) чен карда шуд.Барои гардиши вентилятор як муҳаррики хурд (DC 1,5–3 V/40 мА, 11 × 4 мм, Uxcell Micro Vibration Motor (OEM), Ҳонконг, Чин) ва дигар қисмҳои чопшудаи 3D истифода шуданд.Барои санҷиши алоқаи бесим генератори сигнал (STM320, EnOcean, Oberhaching, Олмон) дар якҷоягӣ бо қабулкунандаи сигнал (USB 400 J, EnOcean) ва маҷмӯаи алоқаи бесим (ESK300U, EnOcean) истифода шуданд.
Тасвирҳои SEM заррачаҳои шишагӣ бо истифода аз микроскопияи электронии сканерӣ (VE-8800, Keyence) ба даст оварда шуданд ва бо истифода аз нармафзори кушодаи ImageJ (версияи 1.8.0_172)45 таҳлил карда шуданд.Пас аз бино кардани маълумоти тасвирӣ ба сафед ва сиёҳ, нармафзор ба таври худкор диаметри миёнаи Feret-ро чен мекунад.Видеоҳо ва тасвирҳои таҷрибаҳои амалӣ бо нармафзори тиҷоратӣ (PowerDirector 16 (версияи 16.0), CyberLink, Тайбейи Нав, Тайван) таҳрир карда шуданд.


Вақт: Ноябр-07-2022