طراحي و بررسي عملكرد ساختارهاي رزونانسي ترايبوالكتريك مبتني بر منسوج جهت برداشت‌ انرژي الكتريكي از انرژي صوتي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

كارشناسي ارشد

در سال¬هاي اخير، رشد سريع صنايع و گسترش شهرنشيني باعث به وجود آمدن مشكلات زيست‌محيطي متعدد همچون آلودگي‌ صوتي شده است. برداشت انرژي از صوت، علاوه بر كاهش آلودگي صوتي، انرژي مفيدي در دسترس قرار مي‌دهد كه مي‌تواند جهت تأمين انرژي حسگرها در دنياي روبه‌رشد اينترنت اشيا مورداستفاده قرار گيرد. علي‌رغم كاربردهاي گسترده انرژي صوتي، توان خروجي كم ازجمله چالش‌هاي موجود جهت استفاده از اين انرژي است. در سال¬هاي اخير، پژوهش‌هايي جهت بهبود عملكرد ساختارهاي برداشت‌كننده انرژي صوتي انجام شده است. در اين ساختارها با استفاده از رزوناتورهاي آكوستيك، ابتدا انرژي صوتي تشديد شده و سپس با استفاده از روش‌هاي پيزوالكتريك و يا ترايبوالكتريك تبديل انرژي صوتي به انرژي الكتريكي صورت مي‌گيرد. هدف از اين پژوهش ارائه روشي نوين جهت بهبود برداشت انرژي از صوت به كمك رزوناتور هلمهولتز توسط ساختار ترايبوالكتريك مبتني بر منسوج است. در ساختار ترايبوالكتريك از پارچه‌هاي حلقوي پودي بافته‌شده از نخ رساناي نايلون با روكش نقره به‌عنوان الكترود و عضو الكترون‌دهنده و از فيلم PVDF به‌عنوان عضو الكترون‌گيرنده استفاده شد. تأثير متغيرهاي اين ساختار شامل پارچه رسانا با نخ چندلا، فاصله بين لايه‌ها و فاصله از منبع صوت مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد پارچه با نخ چهارلا و فاصله 3/0 ميلي‌متر بين لايه‌ها داراي بهترين عملكرد بوده و با فاصله گرفتن از منبع صوت، خروجي الكتريكي كاهش مي¬يابد. ساختار برداشت‌كننده انرژي مبتني بر ترايبوالكتريك (TENG) در حالت بهينه و تحت صوت 107 دسي‌بل و 158 هرتز موفق به روشن كردن 290 ديود نوري و شارژ خازن شد. توان بيشينه اين ساختار 3/20 ميلي‌وات در مقاومت بار خارجي 16 مگااهم گزارش شد. جهت تشديد صوت، رزوناتور با مقطع مربعي به ضلع 66 ميلي‌متر به‌گونه‌اي طراحي شد تا برداشت‌كننده انرژي در انتهاي آن قرار گيرد. ساختار TENG جهت عبور صوت با الكترودهاي متخلخل طراحي و تأثير ويژگي‌هاي صفحه متخلخل بر رزونانس آكوستيكي بررسي شد. همچنين تأثير انعطاف‌پذيري صفحه انتهايي به‌صورت تجربي و شبيه‌سازي مورد بررسي قرار گرفت. مشاهده شد با افزايش انعطاف¬پذيري، فركانس و شدت رزونانس كاهش مي‌يابد. نتايج نشان داد تخلخل صفحه انتهايي باعث اختلال در عملكرد رزوناتور مي‌شود. در اين پژوهش دو راهكار جهت افزايش خروجي الكتريكي به‌واسطه بهبود تشديد صوت درون رزوناتور ارائه شد. راهكار اول استفاده از چندلايه فيلم PVDF با ضخامت معادل بيشتر مي¬باشد كه باعث كاهش نشت صوت در رزوناتور مي‌شود. در راهكاري ديگر از يك لايه لاتكس بين رزوناتور و TENG استفاده شد كه باعث مي‌شود علاوه بر تشديد صوت، ارتعاشات لاتكس به‌طور مستقيم به لايه‌هاي TENG منتقل شود. در اين حالت خروجي الكتريكي نسبت به حالت بدون استفاده از لاتكس 760% و نسبت به حالت بدون استفاده از رزوناتور 1250% بهبود داشته است.

236515

فناوري

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان