توصيفگر ها :
نانوژنراتور ترايبوالكتريك , الكترود , نانوالياف كامپوزيتي , نخ مغزي غلاف نانوليفي , نايلون , پلي¬پروپيلن
چكيده فارسي :
در دهه¬هاي اخير با گرم شدن زمين و استفاده بي¬رويه از منابع انرژي فسيلي، نگاه¬ها به سمت استفاده از منابع انرژي تجديدپذير و سازگار با طبيعت معطوف شده است. استفاده از نانو و ميكرو ژنراتورها، يك رويكرد جديد براي حل بحران انرژي است، كه با مزايايي از جمله وزن سبك، طراحي مقرون به صرفه، قابليت استفاده در مكان¬هايي كه دسترسي به منابع انرژي ممكن نيست، به انقلابي در صنعت تبديل شده است. با ساخت يك شبكه سه بعدي از نانوژنراتورهاي ترايبوالكتريك، مي¬توان از انرژ¬هاي تلف شونده محيطي، انرژي توليد كرد. نانوژنراتورهاي ترايبوالكتريك، با انتخاب يك جفت دي الكتريك، با قابليت انتقال الكترون به يكديگر، انتخاب مورفولوژي مناسب براي سطوح درگير و اتصال الكترودهاي فلزي در بالا و پايين آن ساخته مي¬شود. پس از برقراري تماس اين دو الكترود، در اثر انرژي¬هاي حركتي در محيط، انرژي الكتريكي روي بارخروجي، از طريق جمع¬آوري الكترون¬هاي انتقال¬يافته، توليد مي¬شود.
در اين پژوهش، يك نانوژنراتور دو الكترودي، با انتخاب لايه¬هاي مناسب، طراحي، ساخته و مشخصه يابي شده است. يكي از الكترودها پارچه تاري¬-پودي است كه نخ پود آن بصورت مغزي¬غلاف توليد شده است. روكش نخ پود، نانوالياف كامپوزيتي نايلون/نانولوله¬كربن ( MWCNTs ) و مغزي آن نخ فيلامنت كربن است. الكترود ديگر، پارچه بي¬بافت پلي¬پروپيلن(PP) مي¬باشد. نايلون و پلي¬پروپيلن با توجه به سري مواد ترايبوالكتريك، مستعد ايجاد اختلاف پتانسيل الكتريكي بالايي هستند. حضور MWCNTنيز از قبل ثابت شده است كه نه تنها خواص مكانيكي نانوالياف را بهبود مي¬بخشد بلكه انتقال بار الكتريكي به سطح الكترود را تسهيل مي¬نمايد. نهايتا، تاثير درصد ذراتMWCNT، ضخامت لايه و فركانس ضربه، بر روي جريان و ولتاژ خروجي، بصورت تجربي مورد بررسي قرار گرفته است.
نتايج نشان داد كه درصد نانوذرات MWCNTs، ضخامت لايه و فركانس ضربه در افزايش ولتاژ و جريان خروجي بسيار تاثيرگذار است. با بررسي نتايج بدست¬آمده ديده شد كه با افزايش درصدMWCNT تا يك مقدار بهينه، باعث افزايش خروجي شده وبعد از آن خروجي كاهش يافته است. همچنين با افزايش ضخامت لايه، ميزان خروجي كاهش يافته است و با افزايش فركانس، پارامترهاي خروجي افزايش يافته است. بهترين نمونه ساخته شده، با ضخامت 258/0 ميلي¬متر، 5 درصد MWCNTو فركانس HZ 8 بدست¬آمد كه ولتاژي حدود190 ولت و جريان 10 ميكروآمپر با توان حداكثر 8/1 ميكرو وات در خروجي ايجاد نمود. همچنين تعداد 18 لامپLED، 2/3 ولتي را توانست روشن كند.
چكيده انگليسي :
In recent decades, with global warming and excessive use of fossil energy sources, looks are directed towards the use of renewable energy sources and adapted to nature. The use of nanoparticles and microgenerators is a new approach to solving the energy crisis, which has become a revolution in the industry with benefits such as lightweight, cost-effective design, availability in locations that cannot be accessed by energy sources. By building a three-dimensional network of triboelectric nanogenerators, energy can be generated from wasted environmental energy. Triboelectric nanogenerators are made by selecting a dielectric pair, with the ability to transfer electrons to each other, selecting the appropriate morphology for the surfaces involved, and connecting metal electrodes at the top and bottom. After the contact of these two electrodes, due to the kinetic energies of the environment, electrical energy is generated on the output charge by collecting the transferred electrons. In this research, a two-electrode nanogenerator has been designed, fabricated, and characterized by selecting suitable layers. One of the electrodes is a woven fabric whose weft yarn is produced as a sheath-core. The weft yarn is coated with nylon/ carbon nanotube composite nanofibers (MWCNTs) and the core is a carbon filament yarn. The other electrode is polypropylene (PP) nonwoven fabric. Nylon and polypropylene are prone to high electrical potential differences due to the series of triboelectric materials. The presence of MWCNT has already been proven to not only improve the mechanical properties of nanofibers but also facilitate the transfer of electrical charge to the electrode surface. Finally, the effect of MWCNT particle percentage, layer thickness, and impact frequency on the output current and voltage has been investigated experimentally. The results showed that the percentage of MWCNTs nanoparticles, layer thickness, and impact frequency is very effective in increasing the output voltage and current. Examination of the obtained results showed that by increasing the percentage of MWCNT to an optimal value, the output increased and then decreased. Also, with increasing layer thickness, the output decreases, and with increasing frequency, the output parameters increase. The best specimen was obtained with a thickness of 0.258 mm, 5% MWCNT, and a frequency of 8 Hz, which produced a voltage of about 190 V and a current of 10 μA with a maximum power of 1.8 μW at the output. Also, 18, 3.2-volt LED lamps were illuminated.
