حمیدرضا کرمی

امروزه حسگرهای صوتی نقش بسیار مهمی در تشخیص آسیب در ساختارهای مهندسی قبل از وقوع تخریب را دارند. همچنین این حسگرهای صوتی به عنوان برداشت کننده‌های انرژی صوتی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی از منابع هدر رفت صدا مانند نویزها در ترافیک، ورزشگاه‌ها، ایستگاه قطار و غیره نقش بسزایی دارند. در حسگرهای فوق مواد پیزوالکتریک بر پایه سرب مانند تیتانات زیرکونات سرب (PZT) نقش کلیدی را در تبدیل انرژی صوتی به الکتریکی ایفا می‌کنند. باتوجه به این‌که در چند سال اخیر نانو مواد با ویژگی های منحصر به فرد خود جایگاه ویژه ای را در صنعت ساختارهای مهندسی پیدا کرده لذا در این حسگرها نیز وجود نانو مواد پیزوالکتریک مانند نانو ذرات (PZT) و نانو الیاف پلیمری پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF) می‌تواند بهره وری حسگرهای صوتی را در براشت انرژی افزایش دهد. در تحقیق حاضر نانو ذرات PZT آلاییده شده با عناصر Nd و Nb با استفاده از فرایند الکتروریسی تولید شد و مشخص شد آلایش هم‌زمان Nb و Nd منجر به افزایش حساسیت پیزوالکتریک (mV/N 071/1) شده و همچنین بر رفتار آکوستیک داربست‌ها شامل ضریب جذب صوت (α) و ضریب کاهش نویز (NRC) بیشترین اثر را داشته است. سپس نانو ذرات خالص و آلایش شده PZT با درصدهای مختلف وزنی با الیاف PVDF مجددا الکتروریسی شد. بررسی ها نشان داد که نانو ساختار‌های PZT غیر استوکیومتری به‌عنوان نانو ژنراتور (PENG) در رفتار حسگر صوتی با تغییر در ساختار میکروسکوپی این داربست ها تاثیر مثبتی بر رفتار آن‌ها داشته و باعث افزایش حساسیت پیزوالکتریک (V/N 95/1) و مغناطیس (Oe 750) و کمترین مقاومت سطحی (kΩ/sq 2/1) در داربست آلایش شده با PZT-Nd-Nb شده است. برداشت انرژی آکوستیک نشان داد که بیشترین چگالی توان خروجی (W/g 0822/0) در فشار صوتی 90 دسی‌بل و فرکانس 2000 هرتز توسط داربست منعطف PVDF حاوی 5/2 درصد وزنی نانو ساختار‌های PZT غیر استوکیومتری (آلاییده شده با Nb و Nd به‌طور هم‌زمان) قابل استحصال است. با توجه به یافته‌های این پژوهش، می‌توان نانو ساختار‌های PZT غیر استوکیومتری را به‌عنوان یک عامل مؤثر در حسگر‌های صوتی و برداشت گر انرژی آکوستیک پیشنهاد کرد.