مدل‌سازي و ارزيابي تجربي انباشتگي بار بر روي لايه‌ي عايق در نانوژنراتورهاي تريبوالكتريك

دكتري

در طول چند سال گذشته نانوژنراتورهاي تريبوالكتريك (TENG) به‌عنوان منابع توليد انرژي الكتريكي براي ابزارهاي الكترونيكي كم‌مصرف موردتوجه محققين قرارگرفته‌اند. سادگي ساخت، انعطاف‌پذيري و سازگاري زيستي بالا ازجمله ويژگي‌هاي اين ابزارها هستند. انباشتگي بارهاي اصطكاكي بر روي سطح لايه‌ي عايق يكي از عوامل اصلي توليد انرژي در اين ابزارها مي‌باشد. به همين دليل مدل‌سازي و شناخت تغييرات زماني اين بارها از اهميت بسيار بالايي برخوردار است. در اين رساله يك مدل جديد براي انباشتگي بار بر روي سطح لايه‌ي عايق در ابزارهاي TENG ارائه‌شده است. براي توسعه‌ي اين مدل تعريف جديدي از خازن يك اتصال فلز-عايق-فلز ناهموار و غير منطبق ارائه شد. در اين تعريف پارامترهاي ناهمواري دو سطح در حال تماس و فاصله‌ي هوايي مؤثر در نظر گرفته‌شده است. پارامترهاي مدل ارائه‌شده توسط يك روش نوين اندازه‌گيري چگالي سطحي بارها اندازه‌گيري مي‌شود. در اين روش برخلاف تكنيك‌هاي پيچيده‌ي موجود تنها از يك مدار يك‌سوساز نيم موج در اتصال به ابزار TENG استفاده مي‌شود. با استفاده از مدل ارائه‌شده خروجي شبيه‌سازي شده¬ي ابزار TENG با 5 تا 9 درصد دقت بيشتري انجام مي‌شود. همچنين در اين رساله براي اولين بار با استفاده از محاسبات تئوري و نتايج آزمايشگاهي ثابت‌شده است كه در انتقال حداكثر انرژي به بار خازني، يك‌سوساز نيم موج4.92 برابر بهتر از يك‌سوساز تمام موج عمل مي‌كند. به‌منظور شبيه‌سازي رفتار زماني بارهاي انباشته‌شده‌ي سطحي و اعتبار سنجي مدل ارائه‌شده براي انباشتگي بارها نياز به مدارهايي است كه حساسيت ويژه‌اي به بارهاي انباشته‌شده‌ي سطحي دارند. به همين منظور مدار بنت كه داراي خروجي ناپايدار است انتخاب شده است و رفتار ديناميكي آن نسبت به بارهاي سطحي مورد ارزيابي تئوري و آزمايش‌هاي عملي قرار گرفته است. نتايج حاصل‌ نشان مي¬دهد كه در مدار بنت خازن بار در زمان كوتاهي تا V 800 شارژ مي¬شود درحالي‌كه اين مقدار براي يك‌سوسازهاي نيم موج و تمام موج زير V 200 است. نوآوري ديگر حاصل‌شده در به‌كارگيري مدار بنت براي تشخيص علامت بارهاي انباشته‌شده بر روي سطح لايه‌ي عايق ابزارهاي TENG است. در اين رساله همچنين مدل‌هاي فشرده‌ي موجود براي ابزارهاي TENG كامل شده‌اند و به‌گونه‌اي توسعه داده‌شده‌اند كه مدار ارائه‌شده دربرگيرنده‌ي علامت بارهاي سطحي انباشته‌شده نيز باشد.

193672

دانشگاه علم و صنعت ايران

الكترونيك

دكتر جواد ياوند حسني