ISSN: 1304-7191 | E-ISSN: 1304-7205
The requirement for piezoelectric smart material for current and future applications
1British University of Egypt, Cairo, Suez Desert Road, El Sherouk City, EGYPT
2Textile Education Department, Technical Education Faculty, Marmara University, Goztepe, ISTANBUL
Sigma J Eng Nat Sci 2011; 29(4): 395-411
Full Text PDF

Abstract

This paper shall review and contrast on the current and new emerging smart material technology for power harvesting and application of piezoelectric smart materials. Our reliance and dependency on existing fossil fuel have increased many folds in the last few decades. As we further depend on new emerging technology and increase in global population at an unprecedented rate, no doubt out requirements of energy will further increases, to an extent that we may see our self running out or fossil fuel supply faster than initially predicted. Although investment in nuclear technology will largely replace the energy demand, it too has divided opinions.
One of the aims of this paper is to highlight the advantages of employing smart material piezoelectric material to generate energy, particularly in terms of voltage to power existing battery supply and in certain cases to eliminate the requirement of finite power source entirely. We shall commence by introducing the history of piezoelectricity and materials characteristics for the ceramic based PZT (lead zirconate titanate), polymer membrane PVDF (polyvinylidene fluoride) and polymer foam PP (polypropylene) which is commercially used. Various poling mechanism (to transform standard material into piezoactive) will be discussed, as well as manufacturing methods.
Mostly, PZT piezoelectric material is used in numerous applications due to its superior voltage generating properties. However, PVDF and more recently, PP is being researched and constantly improved to increase the energy output potential since these materials are relatively inexpensive, light, flexible and easily confirms to intricate shapes.


Günümüz ve gelecek için ihtiyaç duyulan piezoelektrik akıllı malzeme uygulamaları
1
2
Sigma Journal of Engineering and Natural Sciences 2011; 4(29): 395-411

Bu derleme çalışmasında, mevcut ve gelişmekte olan yeni enerji toplama teknolojileri ve akıllı Piezoelektrik uygulamaları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Fosil yakıtlarına olan güven ve bağımlılığımız son yıllarda tartışılmaya başlanmıştır. Enerji açığı ve ihtiyacı tahmin edilenden çok daha fazla kendini göstermiş ve şüphesiz enerji kaynaklarına olan ihtiyaç hızlı bir şekilde artmış ve artacaktır. Bu durumun temel nedenleri yeni gelişen teknolojilerin ve nüfusun hızla artmasıdır. Enerji açığını kapatmada en etkili yol nükleer teknoloji olsa da, bu teknolojinin kurulmasında farklı görüşler vardır. Makalenin yazılmasında ki esas amaçlarından biri, piezoelektrik akıllı malzemeler ile enerji üretimi ve avantajlarının, özellikle gerilim-güç oluşumu, bataryaya aktarılması ve bunun sonucunda sonlu enerji kaynağı gereksiniminin tamamen ortadan kaldırılması açıklanmıştır. Öncelikle piezoelektrik gelişimi tanıtılmış sonrasında ticari olarak üretilen ve kullanılan piezoelektrik malzemeler, seramik esaslı PZT (lead, zirconate titanate), polimer membran PVDF (polyvinylide florur) ve polimer köpük PP (polypropylene) özellikleri açıklanmıştır. Çeşitli poling sistemleri, normal malzemenin piezoaktifle transferi ve üretim yöntemleri ele alınmıştır.
Çoğunlukla, PZT piezoelektrik malzeme üstün gerilim üretimi özelliği nedeniyle sayısız uygulamalarda kullanılır. PVDF ve şimdilerde PP üzerine araştırmalar yapılmaktadır ve umut verici sonuçlara ulaşılmıştır. Nispeten daha hafif, esnek ve ucuz olan bu malzemeler ile enerji elde edilmesinde artış sağlanmıştır.