Zijn piëzo-elektrische apparaten goed voor het opwekken van elektriciteit? Misschien, maar we moeten beslissen hoe we ze evalueren

Wetenschappers hebben een ‘best practice’-protocol ontwikkeld voor onderzoekers die piëzo-elektrische materialen ontwikkelen – een primeur in dit baanbrekende technologiegebied.

Het protocol is ontwikkeld door een internationaal team onder leiding van natuurkundigen van de Universiteit van Bath in het VK, als reactie op bevindingen dat experimentele rapporten niet consistent zijn. De onderzoekers deden de schokkende ontdekking dat 9 van de 10 wetenschappelijke artikelen experimentele informatie missen die cruciaal is om de reproduceerbaarheid van het gerapporteerde werk te waarborgen. Ze bespreken de dringende behoefte aan een gestandaardiseerd onderzoeksprotocol voor piëzo-elektriciteit in het tijdschrift Nano-energie.

Dr. Morteza Hassanpour Amiri van het Max Planck Instituut voor Polymeeronderzoek, Duitsland en eerste auteur van de studie, zei: “Onderzoek naar piëzo-elektriciteit is de afgelopen jaren in een stroomversnelling geraakt, en terecht: piëzo-elektrische materialen genereren elektriciteit wanneer u druk of mechanische trillingen uitoefent. , of wanneer je erop tikt of ze vervormt. Voeg een circuit toe en deze elektriciteit kan worden opgeslagen en vervolgens worden gebruikt.”

Hoge efficiëntie bij het oogsten van energie

Vanwege het enorme potentieel van de piëzo-elektriciteit is er de afgelopen 20 jaar een gestage stroom van nieuwe materialen en composieten ontwikkeld en getest op hun potentieel voor het oogsten van energie, waarvan vele een hoge efficiëntie claimen.

Maar de onderzoekers, geleid door professor Kamal Asadi van de afdeling Natuurkunde, suggereren dat deze bevindingen – soms gepubliceerd in tijdschriften van hoog kaliber – vaak geen details bevatten van de belangrijkste experimentele parameters. Deze details zijn essentieel om reproduceerbaarheid te garanderen wanneer andere onderzoeksteams erop uit zijn om de aanbevolen materialen onafhankelijk te evalueren of verder te verbeteren.

Professor Asadi legt uit: “Reproduceerbaarheid van experimentele onderzoeksresultaten is misschien niet de sleutel tot het succes van een onderzoek, maar het is de sleutel om te voorkomen dat onbetrouwbare bevindingen als feit worden geaccepteerd. Het enthousiasme om een ​​kampioensmateriaal te ontwikkelen dat indrukwekkende prestaties moeten gepaard gaan met voldoende ondersteunende gegevens.”

Voor de studie beoordeelden de Bath-onderzoekers 80 willekeurig geselecteerde onderzoeksdocumenten die de afgelopen twee decennia zijn gepubliceerd over apparaten voor het oogsten van piëzo-elektrische energie. Voor bijna 90% van deze artikelen ontbraken essentiële experimentele parameters – die nodig zijn om materialen en apparaten te evalueren -, waardoor de experimenten moeilijk en soms onmogelijk te reproduceren waren.

Het belang van reproduceerbaarheid

Professor Asadi zei verder: “Er zijn drie belangrijke redenen waarom reproduceerbaarheid belangrijk is: we zijn wetenschappers en moeten ernaar streven zo nauwkeurig mogelijk te zijn; we hebben beperkte middelen, dus door alle noodzakelijke parameters te rapporteren die reproduceerbaarheid garanderen, helpen we onze collega’s om voort te bouwen op onze bevindingen en het veld vooruit te helpen; door transparant te zijn, bouwen we ook vertrouwen op bij het publiek, en bij wetenschapsfinanciers en beleidsmakers, en bieden we een betere leidraad voor toekomstige ‘grote’ beslissingen die ons allemaal kunnen raken.”

Professor Asadi, een vooraanstaand expert op het gebied van piëzo-elektriciteit, zegt dat dit gebrek aan gegevens de vooruitgang in het veld belemmert, omdat onderzoekers de literatuur niet kunnen raadplegen om materialen met het beste oogstpotentieel te identificeren en deze veelbelovende materialen vervolgens verder te ontwikkelen.

Nieuw protocol

Het nieuwe Bath-protocol stelt een gestandaardiseerde gegevensverzameling en rapportage voor. Professor Chris Bowen van de afdeling Werktuigbouwkunde in Bath, die ook bij deze studie betrokken was, zei: “We hebben in feite richtlijnen opgesteld die nuttig zouden zijn voor onderzoekers op hun gebied van piëzo-elektriciteit.”

Professor Asadi heeft goede hoop dat elektronische apparaten aangedreven door piëzo-elektriciteit binnen de komende 10 jaar op de markt zullen komen.

“Daarom is het belangrijk om een ​​gestandaardiseerd protocol te hebben voor het rapporteren van onderzoeksgegevens voor een kwantitatieve evaluatie van materialen en apparaten voor het oogsten van energie. Hierdoor kunnen wetenschappers echte vooruitgang boeken, voortbouwend op elkaars experimenten en werken aan een gemeenschappelijk doel: piëzo-elektriciteit een realiteit maken voor iedereen die zijn apparaten duurzamer wil opladen zonder afhankelijk te zijn van een traditionele stroombron.”

Hij voegde eraan toe: “Het gebied van piëzo-elektrische energiewinning is een heel opwindend gebied, het heeft veel potentieel en geweldige wetenschappers werken eraan, maar het is nog steeds een prille beginperiode. Om ervoor te zorgen dat we zo goed en snel mogelijk vooruitgang boeken, experimenten reproduceerbaar zijn, wordt cruciaal, dus ik hoop dat ons voorgestelde protocol wordt overgenomen door de gemeenschap in het algemeen.”