Onderzoekers van het Malaviya National Institute of Technology in India hebben een innovatieve, zelfvoorzienende sensor ontwikkeld op basis van knoflookschillen en polyethyleen. De sensor werkt als een tribo-elektrische nanogenerator, waarbij de wrijving tussen de positief geladen knoflookschillen en het negatief geladen plastic een wisselstroom opwekt bij mechanische beweging.
Belangrijkste technische details:
- Output: Een enkele laag produceert ongeveer 210 volt, terwijl een dubbele laag dit verhoogt naar circa 400 volt.
- Duurzaamheid: De sensor behoudt zijn prestaties zelfs na zes maanden opslag en 200 stresscycli.
- Toepassing: De onderzoekers integreerden de sensor in een beveiligingssysteem. Wanneer een deur wordt geopend, stuurt een microcontroller via Bluetooth een signaal naar een Android-app, die een spraakalarm activeert.
Het systeem behaalde een nauwkeurigheid van 92 procent tijdens de tests. Het onderzoek toont aan dat biologisch afval een duurzaam en goedkoop alternatief kan zijn voor synthetische polymeren in energiezuinige sensoren.
Sensor op basis van knoflookschillen voedt goedkope beveiligingssensor voor in huis
Het stapelen van positief geladen knoflookschillen tussen negatief geladen plastic creëert een nanogenerator die kan worden gebruikt als een zelfvoorzienende sensor.
Knoflook kan een sterke indruk maken en onze smaakpapillen prikkelen. Maar wist u dat het ook kan worden gebruikt om schokkend hoge voltages op te wekken? Dat geldt in ieder geval voor de schillen van de knoflook.
In een recente studie gebruikten onderzoekers in India knoflookschillen en plastic om een innovatieve, zelfvoorzienende sensor te maken. Ze demonstreerden hoe deze kan worden ingezet als onderdeel van een real-time beveiligingssysteem voor in huis. Een enkele laag knoflookschil, gevouwen in polyethyleen, bleek een duurzame energiebron te zijn, zelfs na zes maanden opslag.
De resultaten, gepubliceerd op 20 augustus in IEEE Sensors Letters, laten zien hoe bio-afval kan worden hergebruikt voor eenvoudige, goedkope technologische oplossingen.
Hoe de sensor werkt
De sensor is een type tribo-elektrische nanogenerator. Hierbij worden twee verschillende materialen — één positief geladen en de andere negatief geladen — over elkaar heen gelegd. Wanneer beweging of druk ervoor zorgt dat de oppervlakken herhaaldelijk contact maken en elkaar weer verlaten, wordt er een wisselstroom opgewekt. Deze stroom kan worden geoogst of direct worden gebruikt als detectiesignaal.
"Het is een eenvoudige, goedkope manier om alledaagse mechanische bewegingen — voetstappen, trillingen, het openen van een deur — om te zetten in bruikbare elektrische output," legt Deepak Bharti uit, assistent-professor bij de afdeling elektronica en communicatietechniek aan het Malaviya National Institute of Technology in Jaipur, India. Hij voerde de studie uit samen met promovendus Manas Tiwari.
Waarom knoflookschillen gebruiken als spanningsbron?
In eerdere studies hebben Bharti en Tiwari gekeken naar het gebruik van andere bio-afvalproducten voor het voeden van technologische oplossingen, zoals pinda-schillen en het droge, pulpachtige residu van suikerriet. In hun meest recente studie richtten ze zich om verschillende redenen op knoflookschillen.
"Knoflookschil is een agrarisch en huishoudelijk bio-afvalproduct dat in grote hoeveelheden wordt geproduceerd, maar bijna nooit wordt hergebruikt — het wordt meestal gewoon weggegooid," legt Bharti uit. "We waren benieuwd of een materiaal als dit, dat lichtgewicht, biologisch afbreekbaar en breed beschikbaar is, concurrerend zou kunnen presteren als tribo-elektrische laag, in plaats van te vertrouwen op synthetische polymeren."
Hij voegt eraan toe dat knoflookschil structureel een natuurlijk getextureerd, gelaagd oppervlak heeft, wat volgens de onderzoekers gunstig is voor contact-elektrificatie.
Technische resultaten
Voor de studie maalden ze knoflookschil (positief geladen) fijn en brachten dit aan over een negatief geladen vel polyethyleen. De resultaten waren als volgt:
- Enkele laag: Een combinatie van één laag knoflookschil en plastic produceerde een open-klemspanning van ongeveer 210 volt en een zeer lage kortsluitstroom van ongeveer 45 microampère, met een vermogensdichtheid van 2,16 watt per vierkante meter.
- Dubbele laag: Wanneer de onderzoekers een extra laag knoflook aan de andere kant van het polyethyleenvel toevoegden, verdubbelde de output ongeveer naar circa 400 V en 65 µA.
Deze combinatie van hoge spanning en lage stroom is kenmerkend voor deze klasse nanogeneratoren, waardoor ze uitermate geschikt zijn voor energiezuinige sensoren en het oogsten van energie.
Bharti geeft aan dat hij niet alleen verrast is door de verdubbeling van de output bij een tweede laag, maar ook door de duurzaamheid van de knoflookschil. De prestaties bleven gelijk na zes maanden opslag onder normale omstandigheden en na 200 mechanische stresscycli. "Het feit dat het apparaat na zes maanden opslag vrijwel hetzelfde presteerde, is een sterke validatie dat een 'afvalmateriaal' als dit praktisch inzetbaar is als sensormateriaal, en niet slechts een laboratoriumcuriositeit is," aldus Bharti.
Demonstratie van een beveiligingssysteem voor in huis
De onderzoekers integreerden de sensor vervolgens in een beveiligingssysteem voor in huis. Hierbij werd de sensor geplaatst tussen de bovenkant van een deur en het deurkozijn.
Wanneer de deur wordt geopend, scheiden de lagen knoflookschil en plastic zich. Dit veroorzaakt een spanningspiek die wordt doorgegeven aan een microcontroller en een Bluetooth-module. (Hoewel de knoflooksensor geen externe stroombron nodig heeft, maakt de microcontroller in dit experiment gebruik van een powerbank.)
De Bluetooth-module verzendt het signgel draadloos naar een smartphone met een speciaal door de onderzoekers ontwikkelde Android-app. De app genereert vervolgens een real-time, spraakgebaseerd alarm dat de bewoner informeert dat de deur is geopend.
Tijdens 50 tests kon het sensorsysteem met een nauwkeurigheid van 92 procent detecteren wanneer de deur werd geopend.
In toekomstig onderzoek wil Bharti een bijzonder fenomeen bestuderen dat tijdens deze experimenten optrad: terwijl het stapelen van twee lagen knoflook en polyethyleen de elektrische output verdubbelde, leverde het stapelen van meer dan twee lagen geen significant hogere output op. Bharti is van plan dit fenomeen verder te onderzoeken, samen met andere bio-afvalmaterialen die nuttig zouden kunnen zijn als tribo-elektrische materialen.
Sensor op basis van knoflookschillen voedt goedkope beveiligingssensor voor in huis
Het stapelen van positief geladen knoflookschillen tussen negatief geladen plastic creëert een nanogenerator die kan worden gebruikt als een zelfvoorzienende sensor.
Knoflook kan een sterke indruk maken en onze smaakpapillen prikkelen. Maar wist u dat het ook kan worden gebruikt om schokkend hoge voltages op te wekken? Dat geldt in ieder geval voor de schillen van de knoflook.
In een recente studie gebruikten onderzoekers in India knoflookschillen en plastic om een innovatieve, zelfvoorzienende sensor te maken. Ze demonstreerden hoe deze kan worden ingezet als onderdeel van een real-time beveiligingssysteem voor in huis. Een enkele laag knoflookschil, gevouwen in polyethyleen, bleek een duurzame energiebron te zijn, zelfs na zes maanden opslag.
De resultaten, gepubliceerd op 20 augustus in IEEE Sensors Letters, laten zien hoe bio-afval kan worden hergebruikt voor eenvoudige, goedkope technologische oplossingen.
Hoe de sensor werkt
De sensor is een type tribo-elektrische nanogenerator. Hierbij worden twee verschillende materialen — één positief geladen en de andere negatief geladen — over elkaar heen gelegd. Wanneer beweging of druk ervoor zorgt dat de oppervlakken herhaaldelijk contact maken en elkaar weer verlaten, wordt er een wisselstroom opgewekt. Deze stroom kan worden geoogst of direct worden gebruikt als detectiesignaal.
"Het is een eenvoudige, goedkope manier om alledaagse mechanische bewegingen — voetstappen, trillingen, het openen van een deur — om te zetten in bruikbare elektrische output," legt Deepak Bharti uit, assistent-professor bij de afdeling elektronica en communicatietechniek aan het Malaviya National Institute of Technology in Jaipur, India. Hij voerde de studie uit samen met promovendus Manas Tiwari.
Waarom knoflookschillen gebruiken als spanningsbron?
In eerdere studies hebben Bharti en Tiwari gekeken naar het gebruik van andere bio-afvalproducten voor het voeden van technologische oplossingen, zoals pinda-schillen en het droge, pulpachtige residu van suikerriet. In hun meest recente studie richtten ze zich om verschillende redenen op knoflookschillen.
"Knoflookschil is een agrarisch en huishoudelijk bio-afvalproduct dat in grote hoeveelheden wordt geproduceerd, maar bijna nooit wordt hergebruikt — het wordt meestal gewoon weggegooid," legt Bharti uit. "We waren benieuwd of een materiaal als dit, dat lichtgewicht, biologisch afbreekbaar en breed beschikbaar is, concurrerend zou kunnen presteren als tribo-elektrische laag, in plaats van te vertrouwen op synthetische polymeren."
Hij voegt eraan toe dat knoflookschil structureel een natuurlijk getextureerd, gelaagd oppervlak heeft, wat volgens de onderzoekers gunstig is voor contact-elektrificatie.
Technische resultaten
Voor de studie maalden ze knoflookschil (positief geladen) fijn en brachten dit aan over een negatief geladen vel polyethyleen. De resultaten waren als volgt:
- Enkele laag: Een combinatie van één laag knoflookschil en plastic produceerde een open-klemspanning van ongeveer 210 volt en een zeer lage kortsluitstroom van ongeveer 45 microampère, met een vermogensdichtheid van 2,16 watt per vierkante meter.
- Dubbele laag: Wanneer de onderzoekers een extra laag knoflook aan de andere kant van het polyethyleenvel toevoegden, verdubbelde de output ongeveer naar circa 400 V en 65 µA.
Deze combinatie van hoge spanning en lage stroom is kenmerkend voor deze klasse nanogeneratoren, waardoor ze uitermate geschikt zijn voor energiezuinige sensoren en het oogsten van energie.
Bharti geeft aan dat hij niet alleen verrast is door de verdubbeling van de output bij een tweede laag, maar ook door de duurzaamheid van de knoflookschil. De prestaties bleven gelijk na zes maanden opslag onder normale omstandigheden en na 200 mechanische stresscycli. "Het feit dat het apparaat na zes maanden opslag vrijwel hetzelfde presteerde, is een sterke validatie dat een 'afvalmateriaal' als dit praktisch inzetbaar is als sensormateriaal, en niet slechts een laboratoriumcuriositeit is," aldus Bharti.
Demonstratie van een beveiligingssysteem voor in huis
De onderzoekers integreerden de sensor vervolgens in een beveiligingssysteem voor in huis. Hierbij werd de sensor geplaatst tussen de bovenkant van een deur en het deurkozijn.
Wanneer de deur wordt geopend, scheiden de lagen knoflookschil en plastic zich. Dit veroorzaakt een spanningspiek die wordt doorgegeven aan een microcontroller en een Bluetooth-module. (Hoewel de knoflooksensor geen externe stroombron nodig heeft, maakt de microcontroller in dit experiment gebruik van een powerbank.)
De Bluetooth-module verzendt het signgel draadloos naar een smartphone met een speciaal door de onderzoekers ontwikkelde Android-app. De app genereert vervolgens een real-time, spraakgebaseerd alarm dat de bewoner informeert dat de deur is geopend.
Tijdens 50 tests kon het sensorsysteem met een nauwkeurigheid van 92 procent detecteren wanneer de deur werd geopend.
In toekomstig onderzoek wil Bharti een bijzonder fenomeen bestuderen dat tijdens deze experimenten optrad: terwijl het stapelen van twee lagen knoflook en polyethyleen de elektrische output verdubbelde, leverde het stapelen van meer dan twee lagen geen significant hogere output op. Bharti is van plan dit fenomeen verder te onderzoeken, samen met andere bio-afvalmaterialen die nuttig zouden kunnen zijn als tribo-elektrische materialen.
Groetjes,