طراحي و ساخت نانوژنراتورهاي تريبوالكتريك چند منظوره بر پايه نانوكامپوزيت‌هاي پليمري حافظه‌دار

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

دكتري

در اين پژوهش، طراحي و ساخت نانوژنراتور تريبوالكتريك چند منظوره بر پايه نانوكامپوزيت‌هاي حافظه‌دار بررسي شد. براي اين منظور ابتدا دو نانوكامپوزيت متخلخل فوم ملامين/پلي‌وينيل الكل/نانوذرات آلومينيوم اكسيد و فوم پلي‌اتيلن/ پلي‌اترايميد/نانوصفحات كربن نيتريد گرافيتي سنتز شد. اين دو نانوكامپوزيت پس از مشخصه‌يابي و بهينه كردن شرايط سنتز، توسط پارافين كه نقش كليد‌هاي مولكولي را دارد، به حالت حافظه‌دار تبديل شد. بررسي خاصيت حافظه‌داري اين نانوكامپوزيت‌ها نشان دهنده توانايي بازيابي كامل تغييرشكل‌هاي ايجاد شده به حالت اوليه توسط آن‌ها است. در ادامه اين دو نانوكامپوزيت‌ حافظه‌دار سنتز شده بر پايه فوم ملامين و فوم پلي‌اتيلن به ترتيب به عنوان لايه‌هاي تريبوالكتريك مثبت و منفي براي ساخت نانوژنراتور تريبوالكتريك با حالت اتصال-جدايش عمودي استفاده شدند. ولتاژ، جريان و توان خروجي اين نانوژنراتور به ترتيب 3/2185 ولت، 2/16 ميكروآمپر و 8/96 ميلي‌وات بر سانتي‌متر مربع به دست آمد. همچنين، تأثير حافظه‌دار بودن نانوكامپوزيت‌ها بر افزايش دوام نانوژنراتور تريبوالكتريك بررسي شد و نتايج نشان داد كه كاهش عملكرد خروجي نانوژنراتور تريبوالكتريك در اثر تغييرشكل‌هاي لايه‌هاي تريبوالكتريك، به طور كامل قابل بازيابي است. در ادامه عملكرد اين نانوژنراتور براي سه كاربرد مهم نانوژنراتورهاي تريبوالكتريك شامل منبع انرژي، حسگر خودشارژ شونده و برداشت انرژي باد بررسي شد. اين نانوژنراتور قادر به روشن كردن 150 ديود نوري و شارژ كردن خازن با ظرفيت‌هاي الكتريكي متفاوت بود و در نهايت توانست يك ساعت هوشمند را شارژ كند. همچنين، به دليل تأثير افزايش رطوبت محيط بر كاهش عملكرد نانوژنراتور تريبوالكتريك، توانست به عنوان يك حسگر خودشارژ شونده براي تشخيص رطوبت استفاده شود. در ادامه به دليل حساسيت نانوژنراتور تريبوالكتريك ساخته شده بر پايه نانوكامپوزيت‌هاي حافظه‌دار به رطوبت محيط، از تفلون فوق آب‌گريز متخلخل براي ساخت نانوژنراتور تريبوالكتريك به منظور برداشت انرژي باد استفاده شد. تفلون داراي خاصيت حافظه‌داري ذاتي است و بعد از سه دقيقه فرايند پلاسماي اكسيژن با توان 90 وات، مي‌تواند به حالت فوق آب‌گريز متخلخل با زاويه ترشوندگي 1/165 درجه تبديل شد. در ادامه تفلون فوق‌ آب‌گريز پس از مشخصه‌يابي به عنوان لايه تريبوالكتريك منفي براي ساخت نانوژنراتور استفاده شد. ولتاژ، جريان و توان خروجي اين نانوژنراتور به ترتيب 5/680 ولت، 9/3 ميكروآمپر و 9/40 ميلي‌وات بر سانتي‌متر مربع بود. همچنين، بررسي تأثير رطوبت بر عملكرد آن نشان داد كه با افزايش رطوبت محيط تا 80 درصد، مقدار كاهش خروجي نانوژنراتور تريبوالكتريك حدود 10 درصد است، درحالي كه براي تفلون مسطح اين مقدار به 55 درصد مي‌رسد. بنابراين نانوكامپوزيت‌هاي حافظه‌دار سنتز شده و تفلون متخلخل فوق‌ آب‌گريز به ترتيب گزينه مناسبي براي ساخت نانوژنراتور تريبوالكتريك با قابليت استفاده در كاربرد منبع انرژي/ حسگر رطوبت و برداشت انرژي باد هستند.

230730

مهندسي مواد و متالورژي

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان