นักวิจัยได้เก็บเกี่ยวพลังงานจลน์ของหยดน้ำที่ตกลงมาอย่างมีประสิทธิภาพเป็นครั้งแรก ทีมงานที่นำโดยZuankai Wangแห่งมหาวิทยาลัย City University of Hong Kongได้สาธิตการแปลงผ่านอุปกรณ์ที่ทั้งคู่สร้างกระแสไฟและชาร์จพื้นผิวโพลีเมอร์เมื่อโดนละอองที่ตกลงมา เทคโนโลยีของพวกเขาอาจกลายเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สำคัญซึ่งสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ในสถานการณ์ที่หลากหลาย ( Nature 10.1038/s41586-020-1985-6 )
การเคลื่อนที่ของน้ำ โดยเฉพาะในแม่น้ำ
เป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สำคัญมาช้านาน ในปัจจุบัน ไฟฟ้าพลังน้ำนี้ส่วนใหญ่ผลิตขึ้นโดยใช้เครื่องกำเนิดแม่เหล็กไฟฟ้า แต่สิ่งเหล่านี้มีขนาดใหญ่มากอย่างไม่น่าเชื่อ และไม่มีประสิทธิภาพสูงเมื่อแหล่งน้ำมีน้อย อีกทางหนึ่ง การศึกษาล่าสุดได้พยายามที่จะเก็บเกี่ยวพลังงานจลน์ของน้ำโดยใช้อิเล็กเตรต ซึ่งเป็นวัสดุที่ยังคงมีประจุอยู่เป็นระยะเวลาไม่จำกัดและสามารถกลายเป็นประจุผ่านปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตกับน้ำได้ อย่างไรก็ตาม จนถึงตอนนี้ เทคนิคนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าไม่มีประสิทธิภาพอย่างมาก
ทีมของ Wang เสนอว่าประสิทธิภาพนี้สามารถปรับปรุงได้ด้วยการใช้วัสดุอิเล็กเตรตพอลิเมอร์ PTFE ซึ่งเป็นที่รู้จักว่าเป็นอ่างเก็บน้ำที่มีความเสถียรสูงสำหรับเก็บประจุที่บรรจุอย่างหนาแน่น ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบหยด (DEG) ของนักวิจัยนั้น PTFE จะถูกฝากไว้บนชั้นของอินเดียมทินออกไซด์ (ITO) ซึ่งวางอยู่บนพื้นผิวแก้ว นอกจากนี้ การเคลือบ ITO ยังต่อเข้ากับอิเล็กโทรดอะลูมิเนียมขนาดเล็ก โดยแยกจาก PTFE ด้วยช่องว่างเล็กๆ
เครื่องกำเนิดพลังงานแบบหยด
(ก) แผนผังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบหยด (DEG) (b) รูปภาพแสดงอุปกรณ์ DEG แบบขนานสี่ตัวที่ประดิษฐ์ขึ้นบนพื้นผิวแก้ว (มารยาท: City University of Hong Kong/ธรรมชาติ)
เมื่อละอองที่ตกลงมากระทบ DEG พวกมันจะกระจายไปทั่วพื้นผิว PTFE ทำให้เกิดประจุไฟฟ้า นอกจากนี้ การโต้ตอบดังกล่าวจะเชื่อมช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรดอะลูมิเนียมกับอิเล็กโทรด PTFE/ITO เป็นการชั่วคราว ทำให้เกิดวงจรปิด เนื่องจากประจุของ PTFE สร้างประจุที่เท่ากันและตรงข้ามกันในชั้น ITO จึงสามารถย้ายประจุไปยังอิเล็กโทรดอะลูมิเนียม ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้ จากนั้นเมื่อหยดละอองหลุดออกจากพื้นผิว พื้นที่ของมันก็จะหดตัวลง สิ่งนี้จะย้อนกลับทิศทางของกระแสนี้ โดยจะคืนค่าประจุจนเต็มไปยังชั้น ITO เพื่อให้วงจรสามารถทำซ้ำได้ หลังจากหยดละอองประมาณ 16,000 หยด ประจุที่พื้นผิวของ PTFE จะอิ่มตัว และเอฟเฟกต์จะคงที่
ด้วยปัจจัยการปรับแต่งอย่างละเอียดซึ่งรวมถึงความหนาของฟิล์ม ทีมงานของ Wang ได้บรรลุความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดที่มากกว่า 50 W/m2 ก่อนการอิ่มตัว ตลอดจนประสิทธิภาพการแปลงพลังงานเฉลี่ย 2.2% ค่าทั้งสองนี้สูงกว่าค่าที่สามารถเข้าถึงได้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบใช้ไฟฟ้ารุ่นก่อนๆ หลายพันเท่า ซึ่งช่วยเพิ่มแรงดันไฟขาออกและกระแสไฟของ DEG ได้อย่างมาก จากการทดลอง นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าเมื่อหยดละอองขนาด 100 ไมโครลิตรเพียง 4 หยดลงบนอุปกรณ์จากความสูง 15 ซม. ก็สามารถจ่ายไฟให้ LED เชิงพาณิชย์ 400 ดวงเพื่อให้สว่างขึ้นทันที
เนื่องจาก DEG เก็บเกี่ยวพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานจลน์ของน้ำ แนวทางของทีมจึงสามารถขยายขอบเขตการใช้งานไฟฟ้าพลังน้ำที่เป็นไปได้อย่างมาก เป็นครั้งแรกที่อุปกรณ์ดังกล่าวจะเปิดเส้นทางสู่การผลิตพลังงานหมุนเวียนจากแหล่งที่น้ำกระทบบนพื้นผิวเป็นระยะๆ ซึ่งรวมถึงเม็ดฝนและคลื่นทะเล ด้วยการปรับปรุงในระยะยาว Wang และเพื่อนร่วมงานหวังว่าเทคโนโลยีของพวกเขาจะสามารถนำไปใช้กับพื้นผิวต่างๆ ได้ไกลพอๆ กับตัวเรือ
พื้นผิวของร่ม และด้านในของขวดน้ำ
มีการใช้รังสีเทราเฮิร์ตซ์เพื่อลดเวลากระวนกระวายใจของพัลส์เกินขีดของอิเล็กตรอนสัมพัทธภาพ สิ่งนี้ประสบความสำเร็จอย่างอิสระโดยสองทีม ทีมหนึ่งในประเทศจีนนำโดย Dao Xiang ที่มหาวิทยาลัย Shanghai Jiao Tongและอีกทีมหนึ่งในสหรัฐอเมริกานำโดยEmilio Nanniที่ SLAC National Accelerator Laboratory งานของพวกเขาสามารถช่วยให้นักวิจัยสามารถสร้างลำอิเล็กตรอนคุณภาพสูงได้ในราคาที่ต่ำกว่าเทคนิคความถี่วิทยุ (RF) ในปัจจุบัน ทำให้สามารถศึกษาโครงสร้างระดับอะตอมและกระบวนการระดับเฟมโตวินาทีในขั้นสูงได้
ลำแสงอิเล็กตรอนที่ประกอบด้วยพัลส์เกินขีดกำลังพัฒนาความสามารถของเทคนิคการถ่ายภาพที่ทันสมัยที่สุดในปัจจุบันอย่างรวดเร็ว ปัจจุบัน พวกมันถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคนิค RF ซึ่งสามารถบีบอัดกลุ่มอิเล็กตรอนเพื่อให้ “หัว” และ “หาง” ของพวกมันแยกจากกันน้อยกว่า 10 fs ขณะเคลื่อนที่ ในขณะที่ความต้องการของนักวิจัยสำหรับพัลส์ที่สั้นและสว่างขึ้นยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์ RF ที่ใช้ในการสร้างพัลส์เหล่านี้แทบจะไม่ทัน ไม่เพียงแต่อุปกรณ์จะเทอะทะและมีราคาแพงเท่านั้น มันทำให้การกระจายของเวลามาถึงของพัลส์ที่เป้าหมายกระจายออกไป เพิ่มความไม่แน่นอนของเวลา หรือการกระวนกระวายใจของลำแสง จนถึงตอนนี้ สิ่งนี้ขัดขวางความก้าวหน้าของการศึกษาจำนวนมากที่ต้องการพัลส์เกินขีดที่ดีที่สุด
เร่งความเร็ว
ด้วยวิธีการที่คล้ายกัน ทั้งทีมของ Nanni และ Xiang ได้ค้นพบว่ากลุ่มอิเล็กตรอนที่เกิดจากโฟโตแคโทดสามารถบีบอัดได้ และความกระวนกระวายใจของเวลาของพวกมันลดลง โดยแทนที่สัญญาณ RF ด้วยคลื่นเทอร์เฮิร์ตซ์ การตั้งค่าของพวกเขารวมถึงแหล่งเทอร์เฮิร์ตซ์สองแหล่งที่มีโพลาไรซ์เชิงเส้นในทิศทางคู่ขนาน คลื่นมีปฏิสัมพันธ์กับกลุ่มอิเล็กตรอนเมื่อผ่านท่อนำคลื่นสองช่องที่แยกจากกัน ในระหว่างการโต้ตอบนี้ แต่ละชีพจรจะช่วยเพิ่มความเร็วที่เพิ่มขึ้นเมื่อลำแสงผ่าน สิ่งนี้จะบีบอัดกลุ่มอิเล็กตรอนโดยเร่งหางให้เร็วกว่าหัว นอกจากนี้ เนื่องจากใช้เลเซอร์ตัวเดียวกันในการขับเคลื่อนโฟโตแคโทดและแหล่งกำเนิดเทอร์เฮิร์ตซ์ ปฏิกิริยาระหว่างกลุ่มรังสีและกลุ่มรังสีแต่ละอันจึงมีการทำข้อมูลให้ตรงกันในระดับสูง ลดการกระวนกระวายใจของลำแสง
ในแต่ละกรณี คานจะถูกบีบอัดให้มีความยาวต่ำกว่า 40 fs ซึ่งไม่สั้นเท่ากับที่เข้าถึงได้ผ่านโครงสร้าง RF ที่ใช้ในปัจจุบันสำหรับการสร้างพัลส์อิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม ความกระวนกระวายใจที่เกิดขึ้นในการศึกษาทั้งสองลดลงเหลือเพียง 30 fs ซึ่งเป็นการปรับปรุงที่สำคัญในเทคนิคก่อนหน้านี้ ในขณะที่อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้มีราคาไม่แพงกว่าเครื่องกำเนิด RF ขนาดใหญ่ในปัจจุบัน
แม้ว่าทั้งสองทีมจะไม่ร่วมมือกัน แต่วิธีการที่คล้ายกันของพวกเขาทั้งสองก็แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความละเอียดของเวลาที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนโดยใช้รังสีเทอร์เฮิร์ทซ์ ด้วยการปรับปรุงเพิ่มเติม วิธีการของพวกเขาจะสามารถตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับลำแสงอิเล็กตรอนที่รุนแรงและเกินขีด การใช้งานที่เป็นไปได้รวมถึงการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนที่เร็วมาก ซึ่งสามารถใช้เพื่อจับภาพโครงสร้างระดับอะตอมได้ นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อศึกษากระบวนการระดับเฟโมโตวินาทีที่อยู่ภายในวัสดุต่างๆ ซึ่งรวมถึงเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ที่สำคัญเกี่ยวกับฟิสิกส์ของพวกมัน
Credit : aioproductions.net americanhovawartclub.com asdcarlopoletti.com askdrwang.com benamatirecruiter.com blisterama.info bobosbigtopbabes.com bookbrouser.com brandrecoveryseries.com burberryoutletshoponline.net
