Wissenschaftler haben ein Best-Practice-Protokoll für Forscher entwickelt, die piezoelektrische Materialien entwickeln – eine Premiere auf diesem hochmodernen Technologiegebiet.
Das Protokoll wurde von einem internationalen Team unter der Leitung von Physikern der University of Bath im Vereinigten Königreich als Reaktion auf die Feststellung entwickelt, dass experimentelle Berichte nicht konsistent sind. Die Forscher machten die schockierende Entdeckung, dass 9 von 10 wissenschaftlichen Arbeiten experimentelle Informationen fehlen, die entscheidend sind, um die Reproduzierbarkeit der berichteten Arbeit sicherzustellen. Sie diskutieren in der Zeitschrift die dringende Notwendigkeit eines standardisierten Piezoelektrizitäts-Forschungsprotokolls Nano-Energie.
Dr. Morteza Hassanpour Amiri vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Deutschland und Erstautor der Studie, sagte: „Die Forschung zur Piezoelektrizität hat sich in den letzten Jahren beschleunigt, und das aus gutem Grund: Piezoelektrische Materialien erzeugen Strom, wenn man Druck oder mechanische Vibrationen ausübt , oder wenn Sie darauf tippen oder sie verzerren. Fügen Sie einen Stromkreis hinzu, und dieser Strom kann gespeichert und dann verwendet werden.
Hohe Energiegewinnungseffizienz
Aufgrund des enormen Potenzials der Piezoelektrika wurde in den letzten 20 Jahren ein stetiger Strom neuer Materialien und Verbundwerkstoffe entwickelt und auf ihr Energiegewinnungspotenzial getestet, von denen viele eine hohe Effizienz beanspruchen.
Aber die Forscher unter der Leitung von Professor Kamal Asadi von der Fakultät für Physik schlagen vor, dass diese Ergebnisse – die manchmal in hochkarätigen Zeitschriften veröffentlicht werden – oft keine Details zu den wichtigsten experimentellen Parametern enthalten. Diese Details sind unerlässlich, um die Reproduzierbarkeit zu gewährleisten, wenn andere Forschungsteams die vorgestellten Materialien unabhängig evaluieren oder weiter verbessern wollen.
Professor Asadi erklärte: „Die Reproduzierbarkeit experimenteller Forschungsergebnisse ist vielleicht nicht der Schlüssel zum Erfolg einer Forschung, aber sie ist der Schlüssel, um auszuschließen, dass unzuverlässige Ergebnisse als Tatsachen akzeptiert werden Leistung sollte von ausreichend unterstützenden Daten begleitet werden.“
Für die Studie bewerteten die Bath-Forscher 80 zufällig ausgewählte Forschungsarbeiten, die in den letzten zwei Jahrzehnten über piezoelektrische Energiegewinnungsgeräte veröffentlicht wurden. Bei fast 90 % dieser Arbeiten fehlten wesentliche experimentelle Parameter – die zur Bewertung von Materialien und Geräten benötigt werden –, wodurch die Experimente schwer und manchmal unmöglich zu reproduzieren waren.
Die Bedeutung der Reproduzierbarkeit
Erweiternd sagte Professor Asadi: „Es gibt drei wichtige Gründe, warum Reproduzierbarkeit wichtig ist: Wir sind Wissenschaftler und sollten danach streben, so genau wie möglich zu sein; wir haben begrenzte Ressourcen, also helfen wir, indem wir alle notwendigen Parameter melden, die Reproduzierbarkeit garantieren Kollegen, um auf unseren Erkenntnissen aufzubauen und das Feld voranzubringen; indem wir transparent sind, bauen wir auch Vertrauen in der Öffentlichkeit, bei Wissenschaftsförderorganisationen und politischen Entscheidungsträgern auf und bieten eine bessere Orientierung für zukünftige „große“ Entscheidungen, die uns alle betreffen können.“
Professor Asadi, ein führender Experte für Piezoelektrizität, sagt, dass dieser Mangel an Daten den Fortschritt auf diesem Gebiet behindert, da die Forscher nicht auf die Literatur zurückgreifen können, um Materialien mit dem besten Erntepotenzial zu identifizieren und diese vielversprechenden Materialien dann weiterzuentwickeln.
Neues Protokoll
Das neue Bath-Protokoll schlägt eine standardisierte Datenerhebung und Berichterstattung vor. Professor Chris Bowen vom Department of Mechanical Engineering in Bath, der ebenfalls an dieser Studie beteiligt war, sagte: „Wir haben im Wesentlichen Richtlinien erstellt, die für Forscher auf ihrem Gebiet der Piezoelektrizität hilfreich wären.“
Professor Asadi hofft, dass elektronische Geräte, die mit Piezoelektrizität betrieben werden, innerhalb der nächsten 10 Jahre auf den Markt kommen werden.
„Deshalb ist es wichtig, ein standardisiertes Protokoll für die Meldung von Forschungsdaten für eine quantitative Bewertung von Materialien und Geräten zur Energiegewinnung zu haben. Dadurch können Wissenschaftler echte Fortschritte erzielen, indem sie auf den Experimenten der anderen aufbauen und auf ein gemeinsames Ziel hinarbeiten: Piezoelektrizität Wirklichkeit werden zu lassen alle, die ihre Geräte nachhaltiger und unabhängig von einer herkömmlichen Stromquelle aufladen möchten.“
Er fügte hinzu: „Das Gebiet der piezoelektrischen Energiegewinnung ist ein wirklich aufregendes Gebiet, es hat viel Potenzial und großartige Wissenschaftler arbeiten daran, aber es steckt noch in den Kinderschuhen, und um sicherzustellen, dass wir so gut und so schnell wie möglich vorankommen, stellen wir sicher Experimente reproduzierbar sind, wird von entscheidender Bedeutung sein, daher hoffe ich, dass unser vorgeschlagenes Protokoll von der gesamten Community angenommen wird.
Mehr Informationen:
Morteza Hassanpour Amiri et al, Piezoelectric Energy Harvesters: A Critical Assessment and a standard Reporting of Power-Producing Vibration Harvesters, Nano-Energie (2022). DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.108073