Piezoelektrik–termoelektrik hibrid enerji yığıcısı, eyni fiziki quruluş daxilində mexaniki deformasiyadan piezoelektrik elektrik istehsalını və temperatur fərqindən termoelektrik elektrik istehsalını birlikdə istifadə edən enerji çevrilməsi yanaşmasıdır. Bu tədqiqat belə bir quruluşu noutbuk klavişinə inteqrasiya ediləcək şəkildə modelləşdirir və PU-40%PZT piezoelektrik kompoziti ilə PEDOT:PSS termoelektrik polimerindən ibarət çoxqatlı sistemi COMSOL Multiphysics 6.2-də üçölçülü sonlu elementlər üsulu ilə araşdırır. Tədqiqat fiziki prototip təcrübəsi deyil; nəticələrin hamısı ədədi simulyasiyadan əldə edilmişdir.

Təklif olunan arxitekturada mərkəzi PU-40%PZT piezoelektrik qat mexaniki düymə basma qüvvəsini elektrik cavabına çevirərkən, xarici PEDOT:PSS qatları noutbukun istilik yaradan komponentləri ilə daha soyuq səth arasındakı temperatur fərqindən Seebeck gərginliyi yaratmaq üçün modelləşdirilmişdir. Simulyasiyada klaviş sahəsi 10 mm × 10 mm-dir. Piezoelektrik qat 1 mm, mənbə Şəkil 1-də göstərilən xarici PEDOT:PSS termoelektrik qatları isə 0,5 mm qalınlıq miqyasında modelləşdirilmişdir.

Mexaniki tərəfdə 0,5, 1, 1,5, 8, 9, 10 və 16 N qüvvələr araşdırılmışdır. Piezoelektrik çıxış gücü yük müqavimətindən asılı olaraq dəyişmiş və mənbədə təxminən 1,37 kΩ yükdə pik qiymətlərə çatmışdır. Aşağı yazma qüvvələri olan 0,5, 1 və 1,5 N üçün maksimum hesablanmış güclər müvafiq olaraq 7,3 µW, 14,3 µW və 74,7 µW-dur. Daha yüksək 8, 9, 10 və 16 N qüvvələrdə isə müvafiq olaraq 0,51, 0,65, 0,81 və 2,07 mW pik güc hesablanmışdır.

Termoelektrik tərəfdə 295, 296 və 297 K istilik-mənbəyi şərtlərindən istifadə edilmişdir. Mənbə Şəkil 10-da müvafiq olaraq təxminən 3,94, 5,91 və 7,92 mV maksimum termoelektrik gərginlik qiymətləri göstərir; güc nəticələri isə təxminən 7,94, 31,86 və 71,93 µW kimi verilir. Mənbə Cədvəl 4 bu şərtləri təxminən 2–4 K temperatur fərqi kimi ümumiləşdirir.

Piezoelektrik və termoelektrik ən yüksək qiymətlər birlikdə nəzərə alındıqda mənbə təxminən 2,14 mW maksimum hibrid gücdən bəhs edir. Lakin bu qiymət real klaviaturadan davamlı alınmış orta elektrik gücü deyil. Tədqiqatın öz izahına görə, piezoelektrik nəticə qısamüddətli bir düymə vuruşundakı pik cavabdır; termoelektrik töhfə isə ideallaşdırılmış sabit temperatur qradiyenti altında daha yavaş və yarı-davamlı mənbə kimi modelləşdirilmişdir. Mənbə həmçinin real istifadədə orta yığılan gücün daha aşağı olacağını bildirir.

Modelin əsas məhdudiyyətləri sabit istilik analizi, quasi-static mexaniki yükləmə, piezoelektrik və termoelektrik qatların elektrik baxımından bir-birindən müstəqil modelləşdirilməsi, ümumi güc idarəetmə dövrəsinin olmaması, mexaniki yorulmanın və qeyri-xətti material təsirlərinin modelləşdirilməməsi və fiziki prototip təsdiqinin aparılmamasıdır. Buna görə tədqiqat hibrid klaviatura enerji yığımı üçün dizayn/mümkünlük göstəricisidir; real noutbukun və ya simsiz klaviaturanın bu güclərlə işlədildiyini eksperimental olaraq göstərmir.

Hibrid Enerji Yığıcısı Klavişdə Necə İşləyir?

Təklif olunan sistem eyni çoxqatlı quruluşda iki fərqli enerji mənbəyindən istifadə edir: düyməyə basıldıqda yaranan mexaniki sıxılma mərkəzi PU-40%PZT qatında piezoelektrik elektrik yaradır, noutbukun qızan komponentləri ilə daha soyuq səth arasındakı temperatur fərqi isə PEDOT:PSS qatlarında termoelektrik gərginlik əmələ gətirir. Tədqiqatın məqsədi bu iki töhfəni eyni fiziki həndəsədə araşdırmaq, lakin mövcud modeldə elektrik çıxışlarını ayrı-ayrılıqda hesablamaqdır.

Niyə iki enerji çevrilməsi mexanizmi birlikdə istifadə olunur?

Piezoelektrik istehsal yalnız düyməyə mexaniki qüvvə tətbiq edildiyi anda yaranan qısamüddətli enerji mənbəyidir. Termoelektrik istehsal isə kifayət qədər temperatur fərqi olduğu müddətdə daha yavaş və davamlı enerji mənbəyi kimi nəzərdən keçirilə bilər. Tədqiqatın hibrid yanaşması iki mexanizmin eyni anda maksimum çıxış verməsini zəmanət etməyi deyil, zaman xarakteristikaları fərqli olan iki ətraf mühit enerji mənbəyindən tamamlayıcı şəkildə istifadə etməyi hədəfləyir.

PU-40%PZT nədir?

PU-40%PZT mənbədə poliuretan (PU) matrisi daxilində təxminən %40 PZT piezoelektrik keramika olan elastik kompozit kimi təsvir edilir. Poliuretan matrisi konstruktiv elastiklik təmin edərkən PZT hissəcikləri mexaniki gərginlik altında piezoelektrik yük yaratma funksiyasını yerinə yetirir.

PEDOT:PSS nədir?

PEDOT:PSS mənbədə aşağı istilik keçiriciliyi və uyğun elektrik keçiriciliyinə görə orta temperatur diapazonunda istifadə oluna bilən keçirici termoelektrik polimer kimi seçilmişdir. Bu tədqiqatdakı rolu mexaniki enerji yaratmaq deyil, isti və soyuq səthlər arasındakı temperatur fərqindən Seebeck gərginliyi yaratmaqdır.

Material xüsusiyyətləri

Piezoelektrik Qat Mexaniki Qüvvəni Necə Elektrikə Çevirir?

Tədqiqat piezoelektrik qatı \(d_{33}\) sıxılma rejimində nəzərdən keçirir: düyməyə tətbiq olunan qüvvə qatın səthinə təxminən perpendikulyar istiqamətdə təsir edir, mexaniki sıxılma piezoelektrik yük yaradır və bu yük qatın tutum xarakterli elektrik quruluşunda gərginliyə çevrilir.

Ümumi piezoelektrik constitutive relation

Mənbə əvvəlcə:

\[ S=s\sigma+dE+\chi\Delta T \tag{1} \]

tənliyindən istifadə edir.

Bu tənlikdə mənbənin işarələməsinə görə:

• \(S\): deformasiya (strain),
• \(s\): mexaniki compliance matrisi,
• \(\sigma\): mexaniki gərginlik/stress,
• \(d\): piezoelektrik əmsal matrisi,
• \(E\): elektrik sahəsi,
• \(\chi\): istilik genişlənməsi əmsalı,
• \(\Delta T\): temperatur dəyişməsidir.

Bu bərabərlik mexaniki, elektrik və istilik deformasiyası töhfələrini vahid constitutive relation daxilində birləşdirir. Tədqiqatın klaviatura tətbiqində əsas maraq mexaniki təzyiq altında yaranan piezoelektrik cavabdır.

\(d_{31}\) və \(d_{33}\) rejimi

Mənbə iki əsas piezoelektrik rejimi fərqləndirir. \(d_{31}\) rejimi əyilmə deformasiyası ilə əlaqələndirilir, mövcud klaviatura həndəsəsində isə material üfüqi yerləşdirildiyi və qüvvə səthə perpendikulyar tətbiq edildiyi üçün sıxılma əsaslı \(d_{33}\) rejimindən istifadə edilmişdir.

Mənbə:

\[ Q=d_{33}F \tag{2} \]

əlaqəsindən istifadə edir.

Burada \(Q\) yaranan elektrik yükü, \(F\) tətbiq olunan mexaniki qüvvə və \(d_{33}\) piezoelektrik yük əmsalıdır. Mənbə Cədvəl 1-də PU-40%PZT üçün piezoelektrik əmsalı 21 pC/N kimi istifadə edir.

Piezoelektrik qat niyə kondensator kimi modelləşdirilir?

İki elektrod arasındakı dielektrik piezoelektrik qat elektrik baxımından tutum xarakterli davrana bildiyi üçün mənbə:

\[ Q=CV_{\mathrm{piezo}} \tag{3} \]

və:

\[ C= \frac{\epsilon_0\epsilon_rS}{e} \tag{4} \]

əlaqələrindən istifadə edir.

Burada \(C\) tutum, \(\epsilon_0\) vakuumun permitivliyi, \(\epsilon_r\) nisbi permitivlik, \(S\) səth sahəsi və \(e\) piezoelektrik qatın qalınlığıdır.

Simvol xəbərdarlığı: Mənbə Tənlik (1)-də \(S\) hərfindən deformasiya üçün istifadə etdiyi halda, Tənlik (4) və (5)-də eyni \(S\) hərfindən səth sahəsi üçün yenidən istifadə edir. Bunlar eyni fiziki kəmiyyət deyil.

Tənlik (3) və (4) istifadə edildikdə mənbə:

\[ V_{\mathrm{piezo}} = \frac{Qe}{\epsilon_0\epsilon_rS} \tag{5} \]

ifadəsini verir.

Bu düsturun fiziki mesajı ondan ibarətdir ki, eyni yaranmış yük üçün qalınlıq artdıqca gərginlik arta bilər; səth sahəsi və ya permitivlik artdıqda tutumun yüksəlməsi səbəbindən gərginlik azala bilər. Bu, tənliyin riyazi quruluşunun izahıdır; mövcud mənbədə qat qalınlığı və ya sahə parametrik şəkildə skan edilməmişdir.

Mənbədə verilən piezoelektrik güc tənliyi

Mənbə Tənlik (6)-nı:

\[ P_{e,\mathrm{piezo}} = \frac{ e\,d_{33}F^2 }{ R_L\epsilon_0\epsilon_r } \tag{6} \]

şəklində verir.

Burada \(R_L\) xarici elektrik yük müqavimətidir. Çap olunmuş düsturda güc \(F^2\) ilə dəyişir; buna görə mənbə modeli daha yüksək düymə basma qüvvəsində daha yüksək elektrik çıxışı gözləyir.

Mənbədaxili tənlik qeydi: Tənlik (6)-nın çap olunmuş forması Tənlik (2)–(5)-dən hansı aralıq cəbri addımlarla əldə edildiyi göstərilmədən verilir və əvvəlki düsturlardan birbaşa şəffaf şəkildə törəmir. Buna görə burada mənbə düsturu olduğu kimi qorunmuş, səssizcə yenidən törədilməmiş və ya dəyişdirilməmişdir.

Piezoelektrik ekvivalent dövrə

Mənbə piezoelektrik materialı elektrik ekvivalent dövrəsində mexaniki gərginlik nəticəsində yaranan \(V_{\mathrm{piezo}}\) gərginlik mənbəyi, piezoelektrik tutumu təmsil edən \(C_p\) və daxili itki/damping davranışını təmsil edən \(R_p\) ilə izah edir. Enerjinin xaricə ötürülməsi üçün əlavə olaraq xarici yük müqaviməti \(R_L\) istifadə olunur.

Termoelektrik Qat Temperatur Fərqini Necə Elektrikə Çevirir?

PEDOT:PSS qatında isti və soyuq səthlər arasındakı temperatur fərqi Seebeck effekti ilə açıq-dövrə gərginliyi yaradır; mənbə bu gərginliyi daxili müqavimət \(R_G\) və xarici yük müqaviməti \(R_L\) olan termoelektrik generator ekvivalent dövrəsinə bağlayaraq yükdə yarana biləcək elektrik gücünü hesablayır.

Seebeck gərginliyi

Mənbə:

\[ V_{\mathrm{TEG}} = \alpha_{\mathrm{Seeb}} \Delta T_{\mathrm{TEG}} \tag{7} \]

əlaqəsindən istifadə edir.

Burada:

• \(V_{\mathrm{TEG}}\): termoelektrik generatorun yaratdığı gərginlik,
• \(\alpha_{\mathrm{Seeb}}\): Seebeck əmsalı,
• \(\Delta T_{\mathrm{TEG}}\): TEG-in iki səthi arasındakı temperatur fərqi,
• \(T_H\): isti tərəfin temperaturu,
• \(T_C\): soyuq tərəfin temperaturudur.

Mənbə Cədvəl 1-də PEDOT:PSS üçün:

\[ \alpha_{\mathrm{Seeb}} = 70~\mu\mathrm{V/K} \]

qiymətindən istifadə edir.

Yükdə yaranan termoelektrik güc

Mənbə:

\[ P_{e,\mathrm{TEG}} = R_L \frac{ \left( \alpha_{\mathrm{Seeb}} \Delta T_{\mathrm{TEG}} \right)^2 }{ (R_G+R_L)^2 } \tag{8} \]

və ekvivalent şəkildə:

\[ P_{e,\mathrm{TEG}} = R_L \frac{ \left[ \alpha_{\mathrm{Seeb}} (T_H-T_C) \right]^2 }{ (R_G+R_L)^2 } \]

ifadəsindən istifadə edir.

Bu tənlik yük müqavimətinin sadəcə “nə qədər yüksəkdirsə, bir o qədər çox güc” şəklində davranmadığını göstərir. \(R_L\) həm surətdə, həm də məxrəcin kvadratındakı ümumi müqavimətdə yerləşdiyindən müəyyən optimal yük sahəsi yaranır. Piezoelektrik nəticələrdə təxminən 1,37 kΩ ətrafında müşahidə edilən güc maksimumunun elektrik mənası da bu impedans uyğunlaşdırma məntiqi ilə əlaqələndirilir.

Mənbədaxili yazı qeydi: Tənlik (8)-in dərhal altındakı mənbə cümləsi isti tərəf üçün \(T_H\), soyuq tərəf üçün isə səhvən yenidən \(T_H\) simvolunu yazır. Tənlik və əvvəlki tərif soyuq tərəfi \(T_C\) kimi verir. Verianla tənlikdəki \(T_H-T_C\) göstərimini qoruyur və mətndəki təkrarı mənbə yazı problemi kimi qeyd edir.

Seebeck əmsalı ilə Şəkil 10 gərginlikləri arasındakı mənbədaxili fərq

Mənbə Cədvəl 4 termoelektrik simulyasiyanı \(\Delta T=2\)–4 K kimi ümumiləşdirir və Cədvəl 1 PEDOT:PSS üçün 70 µV/K Seebeck əmsalı verir. Tənlik (7)-nin bu iki mənbə qiyməti ilə birbaşa arifmetik yoxlanması 0,14–0,28 mV gərginlik diapazonu verir. Buna qarşılıq mənbə Şəkil 10, 295, 296 və 297 K istilik-mənbəyi halları üçün təxminən 3,94, 5,91 və 7,92 mV qiymətlərini işarələyir.

Mənbə bu fərqi əlavə həndəsə əmsalı, ardıcıl termoelektrik elementlərin sayı və ya başqa effektiv parametr ilə izah etmir. Buna görə Verianla Şəkil 10 qiymətlərini mənbə simulyasiya çıxışı kimi çatdırarkən Tənlik (7) ilə Cədvəl 1/4 arasındakı bu ədədi fərqi gizlətmir.

Simulyasiya həndəsəsi və sərhəd şərtləri

Sonlu element şəbəkəsi necə qurulub?

Mənbə piezoelektrik qatda fine mesh ilə extra-fine mesh arasında nəticələrin dəyişmədiyini və buna görə fine mesh-in kifayət etdiyini bildirir. Termoelektrik qat daha nazik olduğundan extra-fine mesh istifadə edilmişdir. Mənbə mesh müstəqilliyi üçün ayrıca yaxınlaşma qrafiki və ya faiz xəta cədvəli təqdim etmir; mesh-in kifayətliliyi müəlliflərin simulyasiya müşahidəsinə əsasən bildirilir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Simulyasiyanın əməliyyat ardıcıllığı

1. 10 mm × 10 mm klavişə uyğun çoxqatlı həndəsə yaradıldı.
2. Mərkəzə 1 mm PU-40%PZT piezoelektrik qat, xarici sahələrə PEDOT:PSS termoelektrik qatlar yerləşdirildi.
3. Mənbə Cədvəl 1-dəki mexaniki, elektrik və istilik material xüsusiyyətləri modelə təyin edildi.
4. Piezoelektrik qat fine, termoelektrik qatlar extra-fine FEM şəbəkəsi ilə diskretləşdirildi.
5. Üst səthə 0,5–16 N arasında müxtəlif mexaniki qüvvə amplitudları tətbiq edildi.
6. Qarşı səth mexaniki olaraq sabitləndi.
7. 295, 296 və 297 K istilik-mənbəyi şərtləri ilə sabit istilik sahəsi yaradıldı.
8. Elektrik yükü 0–16 kΩ arasında skan edildi.
9. Piezoelektrik mexanizm üçün stress, yer dəyişmə, gərginlik və yükdə güc hesablandı.
10. Termoelektrik mexanizm üçün temperatur paylanması, Seebeck gərginliyi və yükdə güc hesablandı.
11. İki mexanizmin çıxışları ayrı-ayrılıqda qiymətləndirildi; elektrik baxımından bir-birinə bağlanmadı.

Qüvvə artdıqda mexaniki stress və yer dəyişmə necə dəyişir?

Mənbənin FEM contour nəticələri qüvvə artdıqca piezoelektrik qatda von Mises stressinin və deformasiyanın artdığını göstərir. 16 N şərtində nəticə mətni maksimum stressi təxminən 22 Pa kimi bildirir; mənbə Şəkil 6-nın rəng/pik etiketi 22,8 Pa göstərir. Bu fərq yuvarlaqlaşdırma ilə uyğundur.

16 N maksimum yer dəyişmə üçün isə mənbədə üç fərqli təqdimat vardır:

• Nəticə mətni: \(14\times10^{-4}\) mm = \(1,4\times10^{-3}\) mm.
• Model məhdudiyyətləri bölməsi: təxminən \(1,52\times10^{-3}\) mm.
• Mənbə Şəkil 7-nin 16 N-lik (g) panelində yer dəyişmə vahidi əvəzinə “Pa” və 22,8 etiketi görünür.

Buna görə Verianla 16 N üçün vahid “düzəldilmiş dəqiq displacement” qiyməti yaratmır. Hər iki mətn qiyməti mənbədə bildirildiyi şəkildə qorunur.

Piezoelektrik gərginlik nəticələri

Mənbə bu nəticələri araşdırılan diapazonda qüvvə ilə piezoelektrik cavab arasında təxminən proporsional meyl kimi şərh edir. 16 N-də gərginlik paylanmasının daha az vahid olduğu və stress/deformasiya konsentrasiyalarının görünə biləcəyi qeyd edilir. Bununla belə model mexaniki yorulmanı birbaşa simulyasiya etmədiyindən uzunmüddətli nasazlıq və ya xidmət müddəti nəticəsi hesablanmamışdır.

Piezoelektrik çıxış gücü

Mənbə qüvvə–güc əyrilərinin təxminən 1,37 kΩ xarici yük müqavimətində maksimuma çatdığını bildirir. \(R_L\) çox aşağı olduqda və ya optimumdan çox yuxarı qalxdıqda yükdə alınan güc azalır. Bu davranış mənbə tərəfindən maksimum güc ötürülməsi və impedans uyğunlaşdırma məntiqi ilə izah edilir.

Cədvəl 4 vahid qeydi: Mənbənin müqayisə cədvəli bu tədqiqatın piezoelektrik diapazonunu “7.3–2.07 mW” şəklində yazır. Lakin ətraflı nəticə bölməsi 0,5 N üçün açıq şəkildə 7,3 µW verir. Yuxarıdakı cədvəl ətraflı qüvvə-əsaslı nəticələri qoruyur və Cədvəl 4-dəki vahid fərqini səssizcə nəticə məlumatına daşımır.

Termoelektrik gərginlik nəticələri

Mənbə temperatur artdıqca qat daxilində temperatur qradiyentinin və termoelektrik gərginliyin yüksəldiyini şərh edir. Lakin model steady-state temperatur sərhədlərinə əsaslanır. Real noutbukda prosessor yükü, ventilyatorun işi, xarici mühit və materialın istilik kütləsi səbəbindən temperatur qradiyentləri zamanla dəyişəcəkdir.

Termoelektrik güc nəticələri

Piezoelektrik və termoelektrik töhfə niyə birbaşa vahid dövrə nəticəsi deyil?

Mənbə piezoelektrik və termoelektrik elektrik istehsalını eyni həndəsi sistemdə simulyasiya etsə də, iki elektrik mənbəyini eyni güc idarəetmə dövrəsinə bağlamır. Piezoelektrik və termoelektrik çıxışlar müstəqil hesablanmışdır. Buna görə təxminən 2,14 mW maksimum qiymət iki ayrı ideallaşdırılmış maksimum töhfənin cəmi kimi qiymətləndirilməlidir; real düzləndirici, DC–DC çevirici, enerji saxlama elementi və ümumi güc idarəetmə dövrəsindəki itkilər bu tədqiqatda modelləşdirilməmişdir.

Təxminən 2,14 mW Real Klaviaturanın Davamlı Çıxış Gücüdürmü?

Xeyr. Mənbə təxminən 2,14 mW qiymətini ideallaşdırılmış simulyasiya şəraitində maksimum piezoelektrik və termoelektrik töhfələrin cəmi kimi müzakirə edir; piezoelektrik qiymət bir düymə vuruşundakı qısamüddətli pik cavabdır və real istifadədə orta yığılan güc yazma tezliyindən, istifadəçi qüvvəsindən və istilik şəraitindən asılı olaraq daha aşağı olacaqdır.

Tədqiqat sonrakı müzakirəsində təxminən 2–3 düymə vuruşu/saniyə təmsilçi yazma tezliyindən bəhs edir. Lakin bu məlumatdan istifadə edilərək illik enerji, batareya ömrü və ya real orta watt qiyməti hesablanmamışdır. Belə hesab üçün zamandan asılı elektrik dalğa formaları, güc idarəetmə itkiləri, boşdayanma müddətləri və real istilik dövrləri tələb olunur.

Enerji çevrilməsi səmərəlilikləri

Mənbə piezoelektrik qat üçün təxminən:

\[ \eta_{\mathrm{piezo}} \approx 8.4\% \]

və termoelektrik qat üçün:

\[ \eta_{\mathrm{TEG}} \approx 2.3\% \]

enerji çevrilməsi səmərəliliyi bildirir.

Lakin mənbə nəticələr bölməsində bu iki səmərəliliyin hansı ümumi mexaniki/istilik giriş enerjisi hesabından əldə edildiyini göstərən ayrıca səmərəlilik tənliyi, inteqrasiya müddəti və ya ətraflı enerji büdcəsi təqdim etmir. Buna görə Verianla nisbətləri mənbə nəticəsi kimi qoruyur, müstəqil şəkildə yenidən hesablamır.

Mənbə ədəbiyyatı ilə müqayisə

Bu müqayisə birbaşa performans yarışı deyil. Mənbələrdəki cihaz həndəsələri, qüvvələr, enerji çevrilməsi mexanizmləri, yük şərtləri və eksperiment/simulyasiya üsulları fərqlidir. Buna görə, məsələn, 30 mW bildirən başqa tədqiqatla bu modeldəki 2,07 mW qiyməti yalnız eyni cədvəldə yer aldıqları üçün ekvivalent eksperiment şərtləri kimi şərh edilə bilməz.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• PU-40%PZT və PEDOT:PSS qatlarını klaviş həndəsəsində birləşdirən çoxqatlı quruluşun FEM modeli yaradılmışdır.
• Tətbiq olunan mexaniki qüvvə artdıqca mənbə simulyasiyasında piezoelektrik çıxış yüksəlir.
• 0,5 N-dən 16 N-ə qədər qüvvələrdə mənbə FEM-i təxminən 7,3 µW ilə 2,07 mW arasında pik piezoelektrik güclər verir.
• Piezoelektrik güc əyrilərində təxminən 1,37 kΩ ətrafında optimal yük sahəsi vardır.
• PEDOT:PSS termoelektrik simulyasiyası araşdırılan temperatur şərtləri yüksəldikcə daha yüksək gərginlik və güc verir.
• Mənbə 297 K şərtində təxminən 71,93 µW termoelektrik güc bildirir.
• Mənbə piezoelektrik və termoelektrik töhfələrin tamamlayıcı enerji mənbələri kimi birlikdə istifadə oluna biləcəyini göstərməyi hədəfləyir.
• Mənbənin qiymətləndirməsinə görə piezoelektrik mexanizmin elektrik çıxışı termoelektrik mexanizmdən nəzərəçarpacaq dərəcədə böyükdür.
• Simulyasiya hibrid klaviatura enerji yığımı konsepsiyasının daha irəli prototip və keçici-zamanlı analiz üçün araşdırılmağa dəyər ola biləcəyini göstərir.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi nəticələr

• Real klaviatura prototipindən 2,07 mW və ya 2,14 mW ölçülməmişdir.
• Real noutbuk batareyasının bu sistemlə doldurulduğu göstərilməmişdir.
• Real simsiz klaviaturanın tamamilə öz enerjisi ilə işlədiyi göstərilməmişdir.
• 2,14 mW davamlı orta çıxış gücü deyil.
• Piezoelektrik və termoelektrik mənbələrin birlikdə qoşulduğu real güc idarəetmə dövrəsi modelləşdirilməmişdir.
• Düzləndirici, DC–DC çevirici, enerji saxlama və elektron güc idarəetmə itkiləri hesablanmamışdır.
• Mexaniki yorulma və ya milyonlarla düymə vuruşundan sonrakı davamlılıq araşdırılmamışdır.
• Real prosessor temperatur zaman sıraları və ventilyator/soyutma dövrlərindən istifadə edilməmişdir.
• Mənbədə real prototip istehsalı, laboratoriya ölçməsi və ya sahə təsdiqi yoxdur.
• Mənbə məlumatları konkret kommersiya noutbuk modelinin real enerji qənaətini sübut etmir.

Model məhdudiyyətləri

• Sabit istilik analizi: Noutbuk daxilində temperaturun zamanla dəyişməsi əvəzinə sabit temperatur sərhədlərindən istifadə edilmişdir.
• Quasi-static mexaniki yük: Real düymə vuruşunun impulsiv və zamandan asılı dinamikası tam modelləşdirilməmişdir.
• Yuxarı-sərhəd yanaşması: Mənbə bu fərziyyələrin ideallaşdırılmış performans qiymətləndirməsi yaratdığını bildirir.
• Elektrik hibrid bağlantısı yoxdur: Piezoelektrik və termoelektrik töhfələr ayrı hesablanmışdır.
• Güc idarəetmə dövrəsi yoxdur: İki enerji mənbəyinin gərginlik, daxili müqavimət və zaman cavabı fərqlərini uzlaşdıran elektron dövrə modelləşdirilməmişdir.
• Yorulma yoxdur: Mexaniki fatigue modelləşdirilməmişdir.
• Xətti material yanaşması: Nonlinear material təsirləri modelə daxil edilməmişdir.
• Eksperimental təsdiq yoxdur: FEM proqnozları fiziki prototiplə müqayisə edilməmişdir.
• İstilik transient yoxdur: Prosessor aktivliyi və soyutmaya bağlı real vaxt temperatur dəyişmələri gələcək tədqiqat kimi saxlanılmışdır.

Mənbədaxili ədədi və notasiya problemləri

• Tənlik (1)-də \(S\) deformasiya, Tənlik (4)–(5)-də isə \(S\) səth sahəsi kimi istifadə edilir.
• Tənlik (6)-nın çap olunmuş formasının Tənlik (2)–(5)-dən necə törədildiyi göstərilmir və düstur zənciri birbaşa şəffaf deyil.
• Tənlik (8)-dən sonrakı izahda soyuq tərəf \(T_C\) əvəzinə ikinci dəfə \(T_H\) yazılmışdır.
• Mənbə Cədvəl 4-də piezoelektrik güc diapazonunun aşağı ucu “7.3 mW” təəssüratı yaradır, lakin ətraflı nəticə bölməsi 0,5 N üçün 7,3 µW verir.
• 16 N maksimum yer dəyişmə nəticə mətnində \(1,4\times10^{-3}\) mm, məhdudiyyətlər bölməsində təxminən \(1,52\times10^{-3}\) mm kimi verilir.
• Mənbə Şəkil 7-nin 16 N-lik (g) displacement paneli mm əvəzinə Pa və 22,8 etiketi göstərir.
• Cədvəl 1-dəki 70 µV/K Seebeck əmsalı və Cədvəl 4-dəki 2–4 K temperatur fərqi ilə Tənlik (7)-nin birbaşa qiyməti Şəkil 10-da göstərilən 3,94–7,92 mV diapazonu ilə uyğun gəlmir; mənbə fərqi izah etmir.
• Piezoelektrik üçün təxminən %8,4 və termoelektrik üçün təxminən %2,3 səmərəlilik bildirilir, lakin bu nisbətlərə aid ətraflı enerji büdcəsi/hesab tənliyi verilmir.

Mənbə və Metod Qeydi

Orijinal başlıq: Piezoelectric and Thermoelectric Analysis of a Multilayer Structure for a Hybrid Energy-Harvesting Application

Müəlliflər: Imane Salhi, Yassine Tabbai, Abdelhadi Mortadi, Hajar Rejdali, Fouad Belhora, Abdelowahed Hajjaji.

Müəllif sırası: Imane Salhi → Yassine Tabbai → Abdelhadi Mortadi → Hajar Rejdali → Fouad Belhora → Abdelowahed Hajjaji.

Məsul müəllif: Imane Salhi; mənbədə salhi.i@ucd.ac.ma ünvanı ilə Correspondence kimi işarələnmişdir.

Bərabər töhfə: Mənbədə bərabər birinci müəlliflik və ya bərabər töhfə bəyanı yoxdur.

Qurumlar: National School of Applied Sciences, Chouaib Doukkali University, El Jadida, Morocco; Faculty of Sciences, Chouaib Doukkali University, El Jadida, Morocco; National Institute of Applied Sciences of Lyon, France.

Jurnal: Physics.

Jurnal bölməsi: Applied Physics.

Nəşriyyatçı: MDPI.

Cild / nömrə / məqalə nömrəsi: 8(3), 56.

DOI: 10.3390/physics8030056.

Göndərilmə: 12 Aprel 2026.

Reviziya: 9 İyun 2026.

Qəbul: 18 İyun 2026.

Nəşr: 3 İyul 2026.

Mənbə növü: Rəyli ədədi/simulyasiya əsaslı tətbiqi fizika və enerji yığımı tədqiqat məqaləsi.

Lisenziya: Creative Commons Attribution 4.0, CC BY 4.0.

Əsas metod: COMSOL Multiphysics 6.2-də üçölçülü sonlu elementlər üsulu; structural mechanics, electrostatics, heat transfer və thermoelectric coupling.

Əsas materiallar: PU-40%PZT piezoelektrik kompoziti və PEDOT:PSS termoelektrik keçirici polimer.

Simulyasiya miqyası: 10 mm × 10 mm tək klaviş; 1 mm PU-40%PZT orta qat və 0,5 mm miqyaslı PEDOT:PSS xarici termoelektrik qatlar.

Mexaniki şərtlər: 0,5, 1, 1,5, 8, 9, 10 və 16 N yüklər; qarşı səth sabit; quasi-static yanaşma.

İstilik şərtləri: 295, 296 və 297 K sabit istilik-mənbəyi şərtləri; steady-state thermal analysis.

Elektrik yükü: 0–16 kΩ; piezoelektrik maksimum güc üçün mənbə təxminən 1,37 kΩ optimal yük bildirir.

Model müddəti: Mənbə tipik düymə vuruşu üçün 100 ms simulyasiya zaman miqyası istifadə etdiyini bildirir.

Təmsilçi yazma tezliyi: Müzakirə bölməsində təxminən 2–3 düymə vuruşu/saniyə qiyməti ədəbiyyata əsaslanan təmsilçi istifadə kimi göstərilir.

Maliyyələşdirmə: Mənbə “This research received no external funding” bəyanını verir.

Məlumatların əlçatanlığı: Tədqiqatın orijinal töhfələrinin məqalədə olduğu bildirilmişdir; ayrıca açıq xam FEM məlumat deposu təqdim edilməmişdir.

Maraqların toqquşması: Müəlliflər maraqların toqquşması olmadığını bəyan etmişlər.

Təşəkkür: Məqalə tədqiqata əhəmiyyətli töhfələr verdiyi bildirilən mərhum Jacques Jay-ə həsr edilmişdir.

Müəllif töhfələri: Konseptuallaşdırma I.S. və Y.T.; metod I.S. və Y.T.; proqram təminatı A.M. və H.R.; doğrulama F.B.; formal analiz I.S., Y.T. və A.M.; tədqiqat və məlumat kurasiyası I.S. və Y.T.; ilkin layihə I.S.; nəzərdən keçirmə/redaktə I.S. və Y.T.; vizuallaşdırma A.M.; nəzarət A.H. kimi bildirilmişdir.

Əsas nəticə: Mənbə FEM simulyasiyasında PU-40%PZT üçün 16 N-də 2,07 mW pik piezoelektrik güc və PEDOT:PSS üçün araşdırılan ən yüksək istilik şərtində 71,93 µW termoelektrik güc bildirir.

Əsas şərh sərhədi: Bu nəticələr fiziki prototip ölçmələri deyil. Təxminən 2,14 mW birləşdirilmiş maksimum qiymət davamlı orta klaviatura gücü deyil və mövcud model real ümumi güc idarəetmə dövrəsini ehtiva etmir.

Mənbədaxili riyazi sərhəd: Tənlik (6)-nın əvvəlki piezoelektrik tənliklərdən törədilmə addımları verilmir; Verianla tənliyi mənbədə çap olunduğu şəkildə qorumuşdur.

Mənbədaxili termoelektrik uyğunluq sərhədi: \(\alpha_{\mathrm{Seeb}}=70~\mu\mathrm{V/K}\), mənbə Cədvəl 4-də \(\Delta T=2\)–4 K və Şəkil 10-da 3,94–7,92 mV qiymətləri eyni sadə Seebeck əlaqəsində birbaşa uyğun gəlmir; mənbə bu fərqi izah etmir.

Mənbədaxili yer dəyişmə sərhədi: 16 N maksimum displacement üçün nəticə mətni \(1,4\times10^{-3}\) mm, model məhdudiyyəti təxminən \(1,52\times10^{-3}\) mm verir; Şəkil 7(g) isə displacement əvəzinə Pa miqyası göstərir.

Mənbədaxili güc vahidi sərhədi: Cədvəl 4 aşağı piezoelektrik uc üçün “7.3–2.07 mW” yazdığı halda, ətraflı nəticə mətni 0,5 N-də 7,3 µW verir.

Təkrar istehsal oluna bilmə sərhədi: COMSOL fizika modulları və əsas həndəsi/sərhəd şərtləri verilsə də, tam solver parametrləri, zaman addımı/tolerans detalları, bütün material tensorları, xam FEM model faylı və tam güc idarəetmə dövrəsi təqdim edilmir.