طراحي و بررسي عملكرد ساختارهاي مبتني بر منسوج برداشت كننده انرژي از قطرات باران

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

كارشناسي ارشد

برداشت كننده‌ي انرژي مبتني بر قطره‌ي آب يك فناوري درحال رشد براي برداشت انرژي از منابع آبي است. اين نوع از برداشت كننده‌هاي انرژي، انرژي مكانيكي را از قطرات آب به طور مؤثر برداشت مي‌كنند. چنين افزارهايي به‌عنوان وسايل خود تغذيه شونده در كاربردهاي مختلف، مانند نظارت بر محيط‌زيست، كشاورزي هوشمند، و لوازم الكترونيكي پوشيدني، توجه زيادي به خود جلب كرده‌اند. عملكرد نانوژنراتورهاي ترايبوالكتريك (TENG) بر اساس فرايند الكتريسيته دار شدن تماسي است، به‌گونه‌اي كه در اثر تماس قطره‌ي آب با ماده‌ي ترايبوالكتريك، يك اختلاف پتانسيل بين دو الكترود موجود در ساختار ايجاد مي‌شود. انواع TENGهاي مبتني بر قطرات آب وجود دارد كه در اين پژوهش حالت الهام گرفته از ترانزيستورهاي اثر ميدان مورد بررسي قرار گرفته است. هدف اين پژوهش معرفي نوع جديدي از برداشت كننده‌‌هاي انرژي بر اساس اثر ترايبوالكتريك از قطرات باران مبتني بر نساجي و بررسي عملكرد و متغيرهاي مربوط به آن است. اجزاء اين برداشت كننده‌ي انرژي چسب آلومينيوم، پارچه‌‌ي تاري-پودي نقره (رسانا) و فيلم اتيلن پروبيلن فلوئوردار (FEP) به ترتيب به‌عنوان الكترود بالايي، الكترود پاييني و ماده‌ي ترايبوالكتريك ساختار است. همچنين تأثير عوامل مختلف مانند مشخصات مربوط به قطره، ساختار پارچه‌ي رسانا (طرح بافت و تراكم پودي) و ديگر عوامل و شرايط محيطي و ساختاري بر عملكرد خروجي TENG مورد بحث قرار مي‌گيرد. با توجه به متغيرهاي بررسي شده، نتايج نشان داد كه زاويه سطح، ارتفاع، عرض الكترود بالايي، فركانس و حجم قطره تأثير قابل‌توجهي بر ولتاژ خروجي دستگاه دارد. مقادير بهينه‌ي اين پارامترها براي ساختار معرفي شده در اين پژوهش به ترتيب 30 درجه، 30 سانتي‌متر، 4 ميلي‌متر، 5/14 هرتز و 54 ميكروليتر تعيين شد. علاوه بر اين، با تكميل سطح فيلم FEP و بهبود خواص آبگريزي آن، مشكل گسستگي قطرات و باقي ماندن آن‌ها بر سطح را مي‌توان كاهش داد، بنابراين TENG خروجي پايداري حتي در فركانس‌هاي بالاتر قطرات آب خواهد داشت. اين مطالعه همچنين تأثير ساختار الكترود پاييني را بر عملكرد برداشت كننده انرژي مورد بررسي قرار داده است. سه نوع پارچه‌ي رساناي تاري-پودي با طرح‌هاي تافته و سرژه 3/1 با دو تراكم پودي 18 و 22 بر سانتي‌متر براي طرح تافته و 26 بر سانتي‌متر براي طرح سرژه 3/1 توليد شد. با توجه به مطالعات انجام شده، براي بهبود عملكرد TENG، الكترود پاييني بايد مقاومت كمتري در برابر تبادل بار داشته باشد. مقاومت الكتريكي سطحي پارچه‌هاي رسانا اندازه‌گيري شد و تفاوت چنداني از اين نقطه نظر نداشتند. از طرف ديگر در اثر عبور قطره بر سطح فيلم FEP و الكتريسيته دار شدن تماسي، بين فيلم و پارچه‌ي رسانا القاي الكترواستاتيك رخ مي‌دهد؛ بنابراين ميزان تماس آن‌ها با فيلم FEP اهميت ويژه‌اي پيدا مي‌كند كه نتايج بررسي آن نشان داد پارچه‌ي رسانا با طرح بافت تافته و تراكم پودي 18 بالاترين ميزان ولتاژ خروجي را با اختلاف 67/11 درصدي بين اين سه پارچه داشته است. براي بررسي محل برخورد قطره با سطح TENG نسبت به الكترود بالايي، سه موقعيت دور، نزديك و ميان‌راه در نظر گرفته شد. موقعيت ميان‌راه به دليل تماس مؤثر يا سطح فيلم FEP و الكترود بالايي بهترين خروجي را داشت. مقاومت بار معادل بهينه براي اين ساختار 16/9 مگااهم است كه توان الكتريكي در اين مقاومت 64/21 ميلي‌وات به دست آمد. به‌ازاي ريزش هر قطره هم‌زمان 12 LED آبي رنگ روشن شد و براي اين حالت ميزان انرژي توليد شده در هر برخورد قطره معادل 5/0 ميكرو ژول بوده است.

222922

تكنولوژي

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان