همه مواد (هوشمند و غيرهوشمند) و محيطهاي اطراف آنها مقدار مشخصي انرژي دارند. وقتي حالت (سطح) انرژي ماده با حالت انرژي محيط پيرامونش يکسان است مي‌گوييم ماده در تعادل است و به آن معناست که تغيير انرژي وجود نخواهد داشت.

اما با اضافه کردن انرژي به مواد، سطح انرژي آنها بالا مي‌رود. در اکثر مواد اين انرژي افزوده شده به صورت افزايش انرژي دروني جسم خود را آشکار مي‌کند که معمولا هم به صورت گرما است؛ اما مواد هوشمند اين قابليت را دارند که این انرژي را به حالتهاي مفيدتر تبديل کنند.

به عنوان مثال وقتي تابشهاي خورشيدي به يک ماده فوتوولتائيک برخورد مي‌کنند، انرژي فوتونها توسط ماده (اتمهاي ماده) جذب مي‌شود و اين انرژي باعث مي‌شود که اتمها به سطح بالاتري از انرژي حرکت کنند.

اتمها قادر نيستند که اين شرايط جديد را حفظ کنند و بايد انرژي خود را آزاد کنند که در مواد فوتوولتائيک اين آزادسازي انرژي به صورت توليد الکتريسيته و به کمک مواد نيمه رسانا انجام مي‌شود.

مواد فوتوولتائيک موادی هستند که نور را به الکتريسيته تبديل مي‌کنند. سلول های خورشيدي نمونه ایی از مواد فوتوولتائيک می باشند.

بسياري از این مواد هوشمند مبدل انرژي قادرند به صورت دو طرفه عمل کرده و جاي انرژي ورودي و خروجي را عوض کنند.

انواع مواد هوشمند مبدل انرژي

مواد نورتاب

تابناکی (luminescence) به تابش نوري گويند که عامل ايجاد آن التهاب ماده (همانند لامپهاي رشته‌اي) نيست و عواملي مانند واکنش شيميايي موجب آن مي‌شود.

به طور دقيقتر مي‌توان گفت که این تابش نور بر اثر دريافت و بالا رفتن سطح انرژي اتمهاي ماده است. در واقع مواد نورتاب انرژي دريافت شده را در طول موجهاي قابل رويت بازتاب مي‌دهند.

ماده بر اثر منبع محرک (مانند الکتريسيته، واکنش شيميايي، اعمال فشار و يا حتي اصطکاک) تحريک شده و در بازگشت اتمها به حالت اوليه‌شان اين تابش نور رخ مي‌دهد.

در واقع اين مواد معکوس مواد فوتوولتائيک عمل مي‌کنند.

از موادي که در اثر محرک الکتريسيته نور از خود ساطع مي‌کنند، مي‌توان به ديودهاي نوري (ديودهاي ناشر نور) اشاره کرد.

يک ديود نوري در واقع يک نيمه‌ رسانا است که با عبور جريان از آن، از خود نور مي‌تاباند.

همچنین از موادی که در اثر محرک های شیمیایی باعث تابش نور می شوند می توان میله های نوری را نام برد.

يک قورباغه که با فشار دادن روشن مي‌شود!

مواد پيزو الکتريک

در مواد پيزوالکتريک يک نيروي مکانيکي موجب تغيير شکل ماده و اين تغيير شکل موجب توليد الکتريسيته مي‌شود.

پدیده پیزوالکتریک یا اثر فشاربرقی می تواند بصورت دوطرفه عمل کند. یعنی اثر پیزوالکتریک معکوس به معنی تغییر شکل ماده بر اثر اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی است.

پيزو در زبان يوناني به معني فشار است.

این پدیده را برادران کوری، پیر و ژاک کوری، در دهه ۱۸۸۰ کشف کردند.

مواد هوشمند پیزوالکتریک کاربرهای زیادی دارند. از جمله ميکروفونها، بلندگوها، فندکها و چاقوهاي جراحي.

همچنین هواپیماهای هوشمند، بافت‌های حافظه‌دار شکلی، میکروماشین‌ها، سازه‌های خودآرا و رنگ‌های نانویی متغیر، کلماتی هستند که از سال 1992 و با تجاری شدن اولین مواد هوشمند وارد لغتنامه‌های مواد شده‌اند و از آنها انتظار می‌رود که بسیاری از نیازهای فناورانه قرن 21 را برآورده سازند.

تصور ناسا از یک هواپیماهای هوشمند که می‌تواند با تغییر شکل در شرایط مختلف به صورت بهینه عمل کند

نوشتن دیدگاه


تصویر امنیتی
تصویر امنیتی جدید