طراحي و ساخت نانوژنراتور تريبوالكتريك تك الكترود شفاف و انعطاف پذير بر پايه فيلم پلي دي متيل سيلوكسان و اصلاح سطح با استفاده از نانولوله هاي اكسيد روي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

با توجه به پيشرفت فناوري نانو و كاهش ابعاد سيستم هاي الكترونيكي، توليد انرژي در مقياس نانو از اهميت ويژه اي برخوردار است. نانوژنراتورهاي تريبوالكتريك به دليل ويژگي انتخاب گسترده مواد جهت ساخت و خصوصيات ويژه همچون زيست سازگاري، زيست تخريب پذيري، توان خروجي و بازده بالا، وزن كم و سادگي ساخت، به عنوان منبع تامين انرژي براي وسايل الكترونيكي ترجيح داده مي شوند. نانوژنراتورهاي شفاف و انعطاف پذير، داراي ولتاژ خروجي و توان خروجي و همچنين كاربرد بيشتر در صنايع مختلف مي باشند، به همين دليل اين دسته از نانوژنراتورها اهميت بيشتري پيدا كرده اند. هدف از پژوهش حاضر طراحي و ساخت نانوژنراتور تريبوالكتريك تك الكترود شفاف و انعطاف پذير بر پايه فيلم پلي دي متيل سيلوكسان به منظور تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي است. بدين منظور، انتخاب موادي مانند پلي¬دي¬متيل سيلوكسان اصلاح شده با نانولوله هاي اكسيد روي به عنوان لايه تريبوالكتريك با بار منفي، دو لايه شيشه و پلي اتيلن ترفتالات به عنوان زير لايه با بار تريبوالكتريك مثبت و اكسيد قلع آلاييده به اينديوم به عنوان الكترود القايي با بار منفي استفاده شد. به منظور اصلاح سطح و بهبود خواص سطحي از جمله افزايش بار سطحي سعي شد با استفاده از رشد دادن نانولوله هاي اكسيد روي بر سطح پلي دي متيل سيلوكسان، زبري سطح افزايش داده شود و همچنين با تغيير زيرلايه ها و كاهش ضخامت فيلم پليمري پلي دي متيل سيلوكسان با استفاده از روش پوشش¬دهي چرخشي، خروجي نانوژنراتور را بهبود بخشيد. در اين راستا، پليمر پلي دي متيل سيلوكسان روي دو زير لايه شيشه و پلي اتيلن ترفتالات پوشش داده شد وسپس نانولوله هاي اكسيد روي توسط روش لايه نشاني حمام شيميايي در غلظت هاي مختلف (10، 20، 30، 40 و 50 ميلي مولار ) بر سطح رشد داده شدند و خواص سطحي نظير مورفولوژي سطح، زبري سطح، زاويه ترشوندگي، گروه هاي عاملي و تركيبات فازي مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد، حضور نانولوله هاي اكسيد روي بر سطح به انتقال الكترون و در نتيجه بهبود خروجي نانوژنراتور ها كمك خواهد كرد. مقدار ولتاژ، جريان، چگالي جريان و چگالي توان در نانوژنراتور با زير لايه شيشه و در حضور نانولوله هاي اكسيد روي به ترتيب برابر 5/87 ولت، 9/17 ميكروآمپر، 8/1 ميكروآمپر بر سانتي متر مربع و 43/36 ميلي وات بر سانتي متر مربع و بدون حضور نانولوله هاي اكسيد روي اين مقادير به ترتيب 36/57 ولت، 3/6 ميكرو آمپر، 8/0 ميكروآمپر بر سانتي متر مربع و 81/11 ميلي وات بر سانتي متر مربع بودند. در نانوژنراتور با زير لايه پلي اتيلن ترفتالات و در حضور نانولوله هاي اكسيد روي اين مقادير به ترتيب، 7/152 ولت، 7/7 ميلي آمپر، 8/0 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع و 5/31 ميلي وات بر سانتي متر مربع و بدون حضور نانولوله هاي اكسيد روي اين مقادير به ترتيب 6/81 ولت، 2/4 ميلي آمپر، 45/0 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع و 5/19 ميلي وات بر سانتي متر مربع بود. اختلاف در مقادير ذكر شده به دليل حضور نانولوله هاي اكسيد روي بر سطح و نقش آن ها در تسهيل انتقال بارهاي الكتريكي و همچنين استفاده از زيرلايه پلي اتيلن ترفتالات با ضخامت كمتر به جاي شيشه بود. به منظور اطمينان از توليد توان توسط نانوژنراتورهاي ساخته شده، از انرژي توليدي به وسيله لمس انگشت به منظور روشن كردن 25 و 35 لامپ تجاري در هر دو نانوژنراتور استفاده شد. به منظور تاييد صحت خروجي هاي گرفته شده، مكانيزم كار هر دو نانوژنراتور طراحي شده توسط نرم افزار كامسول و با استفاده از روش آناليز المان محدود شبيه سازي شد كه ولتاژ خروجي حاصل از شبيه سازي نيز به ولتاژ واقعي ثبت شده در آزمايشات بسيار نزديك بود.

210275

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

محمد حسن عباسي، حميدرضا سليمي جزي

فتح الله كريمزاده، مهشيد خرازي