টেকসুলভ পাওয়ার জেনারেশনের জন্য পাইজোইলেকট্রিক ক্রিস্ট্যালের ব্যবহার

যে সময় মানুষ জানতে পেরেছে যে শক্তি উৎপাদনের সবচেয়ে নির্ভরযোগ্য স্রোতগুলো কিছু দশক পর-extinction-এ পৌঁছাবে এবং পৃথিবী বিদ্যুৎ-বিহীন হয়ে যাবে। এবং সetonত যদি হয়, আমরা যেসব সিস্টেম এবং প্রযুক্তির ওপর নির্ভর করি সেগুলো বন্ধ হয়ে যাবে। সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ইন্টারনেট চিরকালের জন্য বন্ধ হয়ে যাবে! এটি একটি ভয়াবহ আঘাত হবে। সুতরাং, ইন্টারনেটের গুরুত্ব বুঝতে পারার আগে, এটা আসলে অস্তিত্বে আসার আগে, বা ইন্টারনেট সকল প্রযুক্তিগত উন্নতির কেন্দ্র হয়ে ওঠার আগে থেকেই তারা বিকল্প শক্তি উৎপাদন স্রোত খুঁজে বের করার কাজ শুরু করেছিল।

অনেক বিকল্প স্রোত ইতিমধ্যে পূর্ণাঙ্গ জেনারেশন প্ল্যান্টে পরিণত হয়েছে এবং কিছু এখনও ল্যাবরেটরিতে তাদের সম্ভাবনা এবং বাস্তব ব্যবহার পরীক্ষা করছে। এই বিকল্প শক্তি স্রোতগুলোর মধ্যে যেটি এখনো পূর্ণাঙ্গ জেনারেশন শিল্পে প্রবেশ نکرده সেটি হলো পাইজোইলেকট্রিসিটি বা পাইজোইলেকট্রিক ক্রিস্ট্যাল থেকে বিদ্যুৎ।

পাইজোইলেকট্রিক ক্রিস্ট্যাল কী?

পাইজোইলেকট্রিক ইফেক্ট ১৮৮০ সালে দুই ফ্রেঞ্চ পদার্থবিজ্ঞানী, পিয়ের এবং পল-জ্যাক কুরি ভাইদের দ্বারা কোয়ার্টজ, টুরম্যালিন এবং রশেল সল্ট (পটাসিয়াম সোডিয়াম টারট্রেট) ক্রিস্ট্যালে আবিষ্কৃত হয়েছিল। তারা গ্রিক শব্দ “Piezein” থেকে নামकरण করেছিলেন, যার অর্থ “দবা দেওয়া”।

যে ক্রিস্ট্যালগুলো সংকুচিত, মোড়ানো বা বিকৃত হয়ে চার্জ অর্জন করে, সেগুলোকে পাইজোইলেকট্রিক বলা হয়। এটি বৈদ্যুতিক এবং যান্ত্রিক অসিলেশনের মধ্যে একটি সুবিধাজনক ট্রান্সডিউসার ইফেক্ট প্রদান করে।

কোয়ার্টজ এই বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে এবং অত্যন্ত স্থিতিশীল। যখন একটি কোয়ার্টজ ক্রিস্ট্যালের ওপর বাহ্যিক বল প্রয়োগ করা হয়, তখন এর সতহ জুড়ে ভোল্টেজে পরিবর্তন হয়। এই পরিবর্তন 그에 অনুরূপ শব্দ বা কম্পনের মান দিয়ে পরিমাপ করা যায়।

পাইজোইলেকট্রিসিটি কী?

কিছু ক্রিস্ট্যাল (যেমন কোয়ার্টজ) নিচড়ে দিলে তার মাধ্যমে বিদ্যুৎ প্রবাহ করা যায়। বিপরীতটিও সাধারণত সত্য: একই ক্রিস্ট্যালের মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহ করালে সেগুলো “নিজে নিজে সংকুচিত হয়” অর্থাৎ কম্পন করে।

প্রযুক্তিগতভাবে:

“পাইজোইলেকট্রিসিটি (যাকেও পাইজোইলেকট্রিক ইফেক্ট বলা হয়) হলো একটি ক্রিস্ট্যালের দুপাশে যান্ত্রিক চাপ (নিচড়ে দিয়ে) দিলে বৈদ্যুতিক বিভব (অর্থাৎ ভোল্টেজ) আবির্ভব।”

পাইজোইলেকট্রিক ইফেক্ট কিভাবে তৈরি হয়?

পাইজোইলেকট্রিক ইফেক্ট তৈরি করতে প্রাকৃতিক কোয়ার্টজ ক্রিস্ট্যালকে একنوম প্লেটের আকারে (আয়তাকার বা ডিম্বাকার) কাটতে হয় যার মোটা একসমান। প্রতিটি ক্রিস্ট্যালের তিনটি সেট অক্ষ রয়েছে — অপ্টিক্যাল অক্ষ, তিনটি বৈদ্যুতিক অক্ষ OX1, OX2, OX3 যা পরস্পর ১২০ ডিগ্রি কোণে, এবং তিনটি যান্ত্রিক অক্ষ OY1, OY2, OY3 যাও ১২০ ডিগ্রি কোণে। যান্ত্রিক অক্ষগুলো বৈদ্যুতিক অক্ষের সাথে লম্বকেונ। কিছু প্যারামিটার ক্রিস্ট্যালের প্রকৃতি এবং অ্যাপ্লিকেশনের উপযোগিতা নির্ধারণ করে:

1. প্রাকৃতিক কোয়ার্টজ ক্রিস্ট্যাল থেকে ওয়েফার কাট করার কোণ
2. প্লেটের মোটা
3. প্লেটের মাপ
4. মাউন্টিং পদ্ধতি

যদি বৈদ্যুতিক চাপ একটি বৈদ্যুতিক অক্ষ (X-অক্ষ) দিয়ে প্রয়োগ করা হয়, তবে সংশ্লিষ্ট X-অক্ষের সাথে লম্বকেওণে Y-অক্ষের দিকে একটি যান্ত্রিক স্ট্রেইন উৎপন্ন হয়। একইভাবে, যদি Y-অক্ষের দিয়ে একটি যান্ত্রিক স্ট্রেইন দেওয়া হয়, তবে ক্রিস্ট্যালের মুখোশে বৈদ্যুতিক চার্জ উৎপন্ন হবে, যা X-অক্ষের সাথে লম্বকেওণে (Y-অক্ষের সাথে লম্বকেওণে)।

আরও পড়ুন: IoT কি প্রাকৃতিক সম্পদ সংরক্ষণের স্মার্ট সমাধান?

বিপরীত পাইজোইলেকট্রিক ইফেক্ট

পাইজোইলেকট্রিক ইফেক্ট উল্টো করা যায়, যাকে বিপরীত পাইজোইলেকট্রিক ইফেক্ট বলা হয়। এটি বৈদ্যুতিক ভোল্টেজ প্রয়োগ করে একটি পাইজোইলেকট্রিক ক্রিস্ট্যালকে সংকুচিত বা প্রসারিত করে তৈরি হয়। বিপরীত পাইজোইলেকট্রিক ইফেক্ট ব্যবহার করে 音響 তরঙ্গ তৈরি ও উৎপাদনকারী ডিভাইস ডেভেলপ করা যায়। পাইজোইলেকট্রিক 音響 ডিভাইসের উদাহরণ: স্পিকার (হ্যান্ডহেল্ড ডিভাইস들에 সাধারণত পাওয়া যায়) বা বাজার।

পাইজোইলেকট্রিসিটির সুবিধা

1. উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি রেসপন্স — অত্যন্ত দ্রুত গতিতে পরিবর্তনশীল প্যারামিটার সহজে সনাক্ত করা যায়।
2. উচ্চ ট্রানসিয়েন্ট রেসপন্স — মাইক্রোসেকেন্ডের ইভেন্ট সনাক্ত করতে পারে এবং লিনিয়ার আউটপুট দেয়।
3. উচ্চ আউটপুট — ইলেকট্রনিক সার্কিটে পরিমাপযোগ্য উচ্চ আউটপুট দেয়।
4. ছোট আকার — খুব কম্প্যাক্ট এবং মजबूत নির্মাণ।
5. বেরিয়াম টাইটানেট এবং কোয়ার্টজ যেকোনো আকৃতিতে তৈরি করা যায়। এর বড় ডাইইলেকট্রিক কনস্ট্যান্ট রয়েছে। ক্রিস্ট্যাল অক্ষ অভিযোজন দিয়ে সিলেক্ট করা যায়।

পাইজোইলেকট্রিসিটির অসুবিধা

1. আউটপুট কম — পাইজোইলেকট্রিক ট্রান্সডিউসার থেকে প্রাপ্ত আউটপুট কম, তাই এক্সটার্নাল ইলেকট্রনিক সার্কিট সংযোগ করতে হয়।
2. যেহেতু ডিভাইস ছোট বৈদ্যুতিক চার্জ দিয়ে কাজ করে, তাই বৈদ্যুতিক ইন্টারফেসের জন্য হাই ইম্পিডেন্স কেবল দরকার।
3. আপেক্ষিক আর্দ্রতা ৮৫% এর উপরে বা ৩৫% এর নিচে গেলে আউটপুট প্রভাবিত হয়। সেক্ষেত্রে মোম বা পলিমার მასলা দিয়ে কোট করতে হয়।
4. আকৃতি দেওয়া — যথেষ্ট শক্তির সাথে ক্রিস্ট্যালকে মনোযোগের আকৃতি দেওয়া খুব কঠিন।
5. স্ট্যাটিক কন্ডিশনে পরিমাপের জন্য উপযুক্ত নয়। ক্রিস্ট্যালের তাপমাত্রা পরিবর্তন অনুযায়ী আউটপুট পরিবর্তন হতে পারে।

পাইজোইলেকট্রিক ট্রান্সডিউসার উদাহরণ

1. কোয়ার্টজ
2. রশেল সল্ট
3. পোলারাইজড বেরিয়াম টাইটানেট
4. অ্যামোনিয়াম ডাই-হাইড্রোজেন
5. লিথিয়াম সালফেট
6. ইথিলিন ডাইঅমাইন টারট্রেট
7. হাড্ডির কোলাজেনও একটি পাইজোইলেকট্রিক
8. সাধারণ চিনি

অনেক পরিস্থিতিতে যান্ত্রিক শক্তি (চাপ বা গতি)কে বৈদ্যুতিক সংকেতে বা তার বিপরীত রূপান্তর করার দরকার পড়ে। পাইজোইলেকট্রিক ট্রান্সডিউসার এই রূপান্তরের জন্য আদর্শ ডিভাইস। এই ট্রান্সডিউসারগুলো আমাদের দৈনন্দিন জীবনে নিচের অ্যাপ্লিকেশনগুলোর জন্য ব্যবহৃত হয়েছে:

1. আল্ট্রাসাউন্ড যন্ত্রে, একটি পাইজোইলেকট্রিক ট্রান্সডিউসার বৈদ্যুতিক শক্তিকে অত্যন্ত দ্রুত যান্ত্রিক কম্পনে রূপান্তর করে — এত দ্রুত যে শব্দ তৈরি হয়, কিন্তু আমাদের কান শুনতে পারে না। এই আল্ট্রাসাউন্ড কম্পন স্ক্যানিং, ক্লিনিং এবং অন্যান্য কাজে ব্যবহৃত হয়।
2. উৎকৃষ্ট ফ্রিকোয়েন্সি রেসপন্সের কারণে এটি সাধারণত এক্সিলারোমিটার হিসেবে ব্যবহৃত হয়, যেখানে আউটপুট থাকে (১-৩০) mV প্রতি গ্র্যাভিটি ত্বরণ।
3. পাইজোইলেকট্রিক ট্রান্সডিউসার ডাইনামিক মেজারমেন্টের জন্য বেশি উপযোগী, অর্থাৎ যেসব প্যারামিটার দ্রুত গতিতে পরিবর্তন হয়। কারণ স্ট্যাটিক কন্ডিশনে विकশিত পোটেনশিয়াল যন্ত্রটি ধরে রাখে না। তাই পাইজোইলেকট্রিক ক্রিস্ট্যাল সারফেস রাফনেস, এক্সিলারোমিটার এবং ভিব্রেশন পিকআপের পরিমাপে প্রধানত ব্যবহৃত হয়।
4. অটোমোটিভ কোম্পানিগুলো ইঞ্জিন ব্লকে ডেটোনেশন সনাক্ত করতে পাইজোইলেকট্রিক ট্রান্সডিউসার ব্যবহার করে।

এই প্রযুক্তি পূর্ণাঙ্গভাবে পাওয়ার জেনারেশনে ব্যবহার করার জন্য পরীক্ষা-নিरीক্ষা এখনো চলছে। ভালো, পরবর্তী ব্লগে আমরা পাইজোইলেকট্রিক ক্রিস্ট্যাল ব্যবহার করে ঘরে শক্তি উৎপাদনের কিছু সম্ভাব্য ব্যবহার নিয়ে আলোচনা করব।