Titolo del Progetto di Ricerca

Polimeri elettroattivi per la produzione di energia elettrica da fonti ambientali.

Electroactive polymers for energy harvesting from environmental sources.

Idea progettuale

La generazione di energia elettrica da fonti ambientali rinnovabili (come il moto umano, le onde marine, le vibrazioni degli edifici) è una grande sfida per la crescente domanda di elettricità pulita, rinnovabile e portatile. I generatori elettromeccanici a base di polimeri elettroattivi (EAP) sono tra i dispositivi più promettenti per questo tipo di conversione, principalmente per il basso costo, la robustezza e la semplicità del loro principio di funzionamento basato sull'idea che, sfruttando la elevata deformabilità di una sottile membrana polimerica inserita tra elettrodi, una parte del lavoro meccanico per deformare la membrana può essere utilizzata per “pompare” cariche elettriche da bassa a più alta tensione. Il limite di tali dispositivi è legato al fatto che a causa della loro spiccata non linearità sono soggetti all'insorgenza di vari tipi di instabilità elettromeccanica che possono condurre alla rottura del dispositivo. Lo studio di questi effetti è quindi essenziale per le applicazioni di questa tecnologia. Presso il Politecnico di Bari è da tempo presente un gruppo di ricerca con collegamenti internazionali che ha studiato questi problemi nell’ambito di una formulazione variazionale in elettro-elasticità non lineare. Questi studi hanno prodotto modelli predittivi che hanno contribuito a chiarire importanti fenomeni mostrati dagli esperimenti quali la localizzazione della deformazione e del danneggiamento, l’isteresi e il pull-in.

Il lavoro del ricercatore sarà l’implementazione di modelli per lo studio di membrane EAP non piane, finalizzati allo sviluppo di generatori a membrana chiusa in cui sia possibile utilizzare la variazione di pressione di origine ambientale del fluido racchiuso dalla membrana. In questo ambito gli effetti elettromeccanici sono accoppiati a quelli della non linearità geometrica della membrana polimerica. Questi aspetti costituiranno oggetto di studio nell’ambito del presente progetto e richiederanno modellazioni teoriche e simulazioni numeriche che possano essere confrontati con analisi sperimentali.

Energy harvesting from renewable environmental sources (such as human motion, sea waves, building vibrations) is a great challenge for the growing demand for clean, renewable and portable electricity. Electromechanical generators based on electroactive polymers (EAP) are among the most promising devices for this type of conversion, mainly due to the low cost, robustness and simplicity of their operating principle based on the idea that, taking advantage of the high deformability of a thin polymer membrane between two electrodes, part of the mechanical work to deform the membrane can be used to "pump" electrical charges from low to higher voltage. The limit of these devices is related to the fact that due to their marked non-linearity they are subjected to the onset of various types of electromechanical instability leading to the breakage of the device. The study of these effects is therefore essential for the application of this promising technology. A research group at the Polytechnic of Bari with international connections has studied these problems in the context of a variational formulation in non-linear electro-elasticity. These studies produced predictive models that helped to clarify important phenomena shown by experiments such as the localization of deformation and damage, hysteresis and pull-in. 

The activity of the researcher will be the development of models for the study of non-planar EAP membranes. These models are fundamental for the realization of closed membrane generators in which it is possible to use the pressure variation of environmental origin of the fluid within the membrane. In this context, the electromechanical effects are coupled with those due to the geometric non-linearity of the polymer membrane. These topics will be the research activity of the present project involving theoretical modeling and numerical simulations for the comparison with experimental results.

Campo principale di ricerca

Scienza delle Costruzioni

Structural Mechanics

Sottocampo di ricerca

Meccanica dei sistemi continui e delle strutture

Mechanics of continuous systems and structures

Dettagli dell'impegno didattico

L’impegno didattico sarà svolto nell’ambito degli insegnamenti attivi presso il Politecnico di Bari nel SSD ICAR/08 e potrà prevedere fino ad un massimo di 60 ore di didattica frontale per anno accademico.

The required didactic activities will be held within the subjects belonging to the SSD ICAR/08 active at Politecnico di Bari up to 60 hours of official class teaching per academic year.

Competenze richieste

Analisi teoriche e numeriche di problemi della meccanica dei continui e delle strutture.

Analytical and numerical analyses of problems of continuum mechanics and mechanics of structures.

Esperienze di ricerca richieste

Documentata produzione scientifica nei temi della meccanica dei continui e delle strutture.

Documented scientific production in topics about the continuum mechanics and mechanics of structures.

Lingua richiesta

Inglese.

English.

Numero massimo di pubblicazioni presentate dai candidati ai fini della valutazione

12 (dodici)

12 (twelve)

Competenze informatiche richieste

Esperienze in simulazioni numeriche e nella modellazione teorica nella meccanica dei continui e delle strutture.

Experience about numerical simulations and theoretical modeling in continuum mechanics and in mechanics of structures.

Requisiti specifici di ammissione

Dottorato di ricerca in Ingegneria, Matematica o Fisica con tematiche inerenti al settore concorsuale

Phd in Engineering, Mathematics or Physics about topics relevant for the field ICAR/08

Diritti e doveri

Come previsto dalle vigenti disposizioni di legge in materia di stato giuridico dei ricercatori universitari a tempo indeterminato, per quanto compatibili, dal Contratto individuale di lavoro e dai vigenti Statuto e Codice di comportamento di questo Politecnico di Bari.

Il ricercatore è tenuto a svolgere la propria attività nel rispetto delle indicazioni contenute nell’Atto Unilaterale d’Obbligo per la realizzazione del Programma Regionale “Research for Innovation – REFIN” POR PUGLIA FESR-FSE 2014/2020 e, in particolare, nella scheda contenuta nell’Allegato 1 al predetto Atto, riferita alla presente procedura di reclutamento e disponibile sul portale www.poliba.it di questo Ateneo.