رفتن به محتوای اصلی
x
طراحی و ساخت نانوژنراتورهای تریبوالكتریك چند منظوره بر پایه نانوكامپوزیت های پلیمری حافظه دار
تاریخ دفاع
استاد

فتح اله كريم زاده

دانشکده
مهندسی مواد

در این پژوهش طراحی و ساخت نانوژنراتور تریبوالکتریک چند منظوره بر پایه نانوکامپوزیت‌های حافظه‌دار مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور ابتدا دو نانوکامپوزیت متخلخل فوم ملامین/پلی‌وینیل الکل/نانوذرات آلومینیوم اکسید و فوم پلی‌اتیلن/ پلی‌اترایمید/نانوصفحات کربن نیترید گرافیتی سنتز شد. این دو نانوکامپوزیت پس از مشخصه‌یابی و بهینه کردن شرایط سنتز، توسط پارافین که نقش کلید‌های مولکولی را دارد، به حالت حافظه‌دار تبدیل شد. بررسی خاصیت حافظه‌داری این نانوکامپوزیت‌ها نشان دهنده توانایی بازیابی کامل تغییرشکل‌های ایجاد شده به حالت اولیه توسط آن‌ها است. در ادامه این دو نانوکامپوزیت‌ حافظه‌دار سنتز شده بر پایه فوم ملامین و فوم پلی‌اتیلن به ترتیب به عنوان لایه‌های تریبوالکتریک مثبت و منفی برای ساخت نانوژنراتور تریبوالکتریک با حالت اتصال-جدایش عمودی استفاده شدند. ولتاژ، جریان و توان خروجی این نانوژنراتور به ترتیب 3/2185 ولت، 2/16 میکروآمپر و 91/97 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع به دست آمد. همچنین تأثیر حافظه‌دار بودن نانوکامپوزیت‌ها بر افزایش دوام نانوژنراتور تریبوالکتریک بررسی شد و نتایج نشان داد که کاهش عملکرد خروجی نانوژنراتور تریبوالکتریک در اثر تغییرشکل‌های لایه‌های تریبوالکتریک، به طور کامل قابل بازیابی است. در ادامه عملکرد این نانوژنراتور برای سه کاربرد مهم نانوژنراتورهای تریبوالکتریک شامل منبع انرژی، حسگر خودشارژ شونده و برداشت انرژی باد بررسی شد. این نانوژنراتور قادر به روشن کردن 150 دیود نوری   و شارژ کردن خازن با ظرفیت‌های الکتریکی متفاوت بود و در نهایت توانست یک ساعت هوشمند را شارژ کند. همچنین به دلیل تأثیر افزایش رطوبت محیط بر کاهش عملکرد نانوژنراتور تریبوالکتریک، توانست به عنوان یک حسگر خودشارژ شونده برای تشخیص رطوبت استفاده شود. در ادامه به دلیل حساسیت نانوژنراتور تریبوالکتریک ساخته شده بر پایه نانوکامپوزیت‌های حافظه‌دار به رطوبت محیط، از تفلون فوق آب‌گریز متخلخل برای ساخت نانوژنراتور تریبوالکتریک به منظور برداشت انرژی باد استفاده شد. تفلون دارای خاصیت حافظه‌داری ذاتی است و بعد از سه دقیقه فرایند پلاسمای اکسیژن با توان 90 وات، می‌تواند به حالت فوق آب‌گریز متخلخل با زاویه ترشوندگی 1/165 درجه تبدیل شد. در ادامه تفلون فوق‌ آب‌گریز پس از مشخصه‌یابی به عنوان لایه تریبوالکتریک منفی برای ساخت نانوژنراتور استفاده شد. ولتاژ، جریان و توان خروجی این نانوژنراتور به ترتیب 5/680 ولت، 9/3 میکروآمپر و 41 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع بود. همچنین بررسی تأثیر رطوبت بر عملکرد آن نشان داد که با افزایش رطوبت محیط تا 80 درصد، مقدار کاهش خروجی نانوژنراتور تریبوالکتریک حدود 10 درصد است، درحالی که برای تفلون مسطح این مقدار به 55 درصد می‌رسد. بنابراین نانوکامپوزیت‌های حافظه‌دار سنتز شده و تفلون متخلخل فوق‌ آب‌گریز به ترتیب گزینه مناسبی برای ساخت نانوژنراتور تریبوالکتریک با قابلیت استفاده در کاربرد منبع انرژی/ حسگر رطوبت و برداشت انرژی باد هستند.

تحت نظارت وف ایرانی