طراحي و ساخت نانوژنراتورهاي تريبوالكتريك جريان مستقيم بر پايه پوشش‌هاي نانوكامپوزيتي Ni-P-PTFE-gC3N4

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مواد

كارشناسي ارشد

به‌دليل تقاضاي روزافزون در استفاده از ابزار و تجهيزات الكترونيكي، استفاده از انرژي الكتريكي و دست‌يابي به آن به‌خصوص از منابع پاك و قابل بازيابي به‌شدت مورد توجه جوامع و دانشمندان قرار گرفته‌است. به همين منظور توسعه نانوژنراتورها (ابزار تبديل ساير انرژي‌ها به انرژي الكتريكي) با سرعت و تكنولوژي بالا، امري بديهي خواهد بود. از بين انواع نانوژنراتورها، نانوژنراتورهاي تريبوالكتريك به‌دليل مزايايي همچون راندمان بالا، هزينه كم و گسترده بودن مواد مورد استفاده داراي جايگاه ويژه‌اي است. به‌دليل اين‌كه ذات خروجي اين دستگاه‌ها از نوع متناوب است ازجمله پيشرفت‌هاي حاصل شده در خروجي اين نانوژنراتورها، دست‌يابي به جريان مستقيم بهجاي جريان متناوب است كه به‌دليل استفاده بسياري از تجهيزات الكترونيكي و منابع ذخيره توان از جريان مستقيم و حذف‌شدن تجهيزات اضافي در راستاي كوچك‌سازي هر چه بيشتر اين نانوژنراتورها، كارايي آن‌ها را در كاربردهاي عملي دوچندان مي‌كند. در اين پژوهش با استفاده از اثر تجزيه الكترواستاتيك نانوژنراتوري ساخته شد كه بدون استفاده از يكسوكننده‌هاي خارجي جريان الكتريكي مستقيم توليد مي‌كند. ابتدا با اعمال يك لايه پوشش كامپوزيتي نيكل-فسفر-تفلون به‌عنوان لايه تريبوالكتريك منفي بر روي يك زيرلايه آلومينيومي به روش پوشش‌دهي الكترولس لايه منفي نانوژنراتور ساخته شده و در ادامه با استفاده از يك ورقه آلومينيومي ديگر به‌عنوان لايه مثبت و الكترود به‌طور همزمان يك نانوژنراتور تريبوالكتريك با ولتاژ و جريان خروجي متناوب ساخته شد. پس از ساخت و مشاهده عملكرد به‌منظور بررسي تاثير حضور ساختارهاي دوبعدي در لايه تريبوالكتريك نانوژنراتور، از اكسيد گرافن و نانوصفحات نيتريدكربن گرافيتي استفاده گرديد. ولتاژ نانوژنراتور پس از استفاده از اين دو ماده به طرز چشم‍گيري افزايش داشت. به‌طوري‌كه پيش از استفاده از اين مواد مقدار ولتاژ 1371 ولت و پس از استفاده از اكسيد گرافن و نانوصفحات نيتريد كربن گرافيتي اعداد ثبت شده براي ولتاژ‌ به‌ترتيب 2160 و 2577 ولت بودند. نتايج حاكي از آن است كه عملكرد نانوژنراتور ساخته شده با نانوصفحات نيتريدكربن گرافيتي حتي از اكسيد گرافن كه ماده‌اي شناخته شده در زمينه بهبود عملكرد نانوژنراتورهاي تريبوالكتريك به‌شمار مي‌رود نيز بهتر بود. پس از اين مرحله با قرار دادن يك الكترود آلومينيومي ديگر در كنار دو الكترود قبلي و با استفاده از اثر تجزيه الكترواستاتيك ولتاژ و جريان خروجي نانوژنراتور از حالت متناوب به حالت مستقيم تبديل شد. مقدار ولتاژ خروجي ثبت شده در حالت مستقيم براي نانوژنراتور تريبوالكتريك 894 ولت و جريان و توان براي سيستمي با ابعاد 3×3 سانتي متر برابر با 5/388 ميكروآمپر و 7/77 وات بر متر مربع بود. در پايان نيز به‌دليل خواص جذب نوري نانوصفحات نيتريدكربن گرافيتي، از نانوژنراتور ساخته شده با اين ماده به‌عنوان حسگر پرتو فرابنفش استفاده شده و مشاهده گرديد تحت تابش پرتو فرابنفش ولتاژ خروجي نانوژنراتور ساخته شده در شرايط بهينه افزايش 24 درصدي داشت كه مويد كاربرد اين دستگاه به‌عنوان حسگر تشخيص پرتو فرابنفش موجود در محيط است. با توجه به عملكرد فوق‌العاده نيتريدكربن گرافيتي در بهبود خواص تريبوالكتريكي لايه منفي در اين پژوهش و به واسطه خواص مطلوب اين ماده از جمله سنتز آسان، قيمت مناسب، پايداري دمايي و شيميايي عالي مي‌توان نيتريدكربن گرافيتي را يكي از گزينه‌هاي بسيار مناسب براي ساخت لايه تريبوالكتريك نانوژنراتورهاي تريبوالكتريك دانست

235974

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان