18565

16142

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

دوازده، 118ص. : مصور، جدول، نمودار

1402/03/10

كتابنامه

مهندسي مواد

مهندسي مواد

1402/03/10

2935212

با توجه به پيشرفت¬هاي اخير صنعت الكترونيك، يكي از مهم¬ترين چالش¬هايي كه بشر با آن روبه¬رو شده، تأمين انرژي مورد نياز با روش¬هاي سازگار با محيط زيست است. روش¬هاي جديد فراواني براي جايگزيني روش¬هاي سنتي تأمين انرژي پيشنهاد شده است. در اين ميان، برداشت انرژي تلف شده محيط اطراف توسط نانوژنراتورهاي تريبوالكتريك روشي به صرفه و مناسب به نظر مي¬رسد. اين نانوژنراتورها براي توليد انرژي در مقياس نانو و ميكرو، حسگر خودران، انرژي آبي و توليد انرژي در مقياس بزرگ كاربرد دارد. در كنار تمام مزيت¬هاي نانوژنراتور تريبوالكتريك، اين فناوري جديد با مشكلاتي همچون توان پايين، سايش لايه¬هاي تريبوالكتريك، دوام كم، تركيب بارها، ناپايداري، محافظت از لايه¬ها و مشكلات توليد صنعتي روبه‌رو است. براي حل اين مشكلات تلاش¬هاي زيادي انجام شده است. در اين بين، استفاده از نانوذرات دو بعدي همچون گرافن و موليبدن دي¬سولفيد مي¬تواند با توجه به نسبت سطح به حجم بالا و اثرات محدوديت كوانتمي باعث قابليت ذخيره بار حاصل از القاي الكترواستاتيك بر روي نانوذرات دو بعدي شود و خروجي نانوژنراتور را تا چند برابر افرايش دهد. تحقيقات نشان مي¬دهد كه عيوب ساختاري نانوصفحات موليبدن دي¬سولفيد باعث گير انداختن الكترون مي¬شود كه از اين قابليت مي¬توان براي جلوگيري از هدر رفتن بار در نانوژنراتورها استفاده كرد. در پژوهش پيش¬رو، نانوصفحات دوبعدي موليبدن دي¬سولفيد از طريق روش لايه-برداري فاز مايع با استفاده از حمام آلتراسونيك و پروب آلتراسونيك توليد شد و نانوصفحات دو بعدي حاصل داراي ابعاد حدود 100 نانومتر و گاف انرژي 72/1 الكترون ولت بود. لايه¬نشاني¬ها براي توليد نانوژنراتور از طريق پوششدهي چرخشي انجام شد. ضخامت لايه¬هاي نانوژنراتور بهينه¬سازي شد و نانوژنراتور بهينه داراي لايه منفي دوگانه از جنس كامپوزيت پلي¬استايرن و MoS2 با درصد وزني 002/0 درصد و لايه پلي¬استايرن بود كه لايه پليمري به عنوان لايه تماسي و لايه كامپوزيتي به عنوان لايه جاذب الكترون كاربرد داشت. ضخامت بهينه براي اين دو لايه به ترتيب 25 و 35 ميكرومتر بود. در سمت مثبت نانوژنراتور از صمغ دانه گياه قدومه استفاده شد و غلظت اين لايه مثبت بهينه-سازي شد. استفاده هم¬زمان از پليمر طبيعي و پلي¬استايرن خودترميم شونده باعث شد كه زماني كه پس از 10000 سيكل تماس-جدايش خروجي نانوژنراتور به 25/62% مقدار اوليه برسد، امكان بازگشت خروجي به 77/987 ولت وجود داشته باشد. دليل اين افزايش در خروجي بسته شدن ترك¬هاي سطح پليمر پس از فرايند ترميم خودبه¬خود بود. نانوژنراتور حاصل تحت شرايط بهينه 8 نيوتون و فركانس 5/4 هرتز داراي ولتاژ مدار باز 1205 ولت و جريان 74/0 ميلي آمپر بود. به علاوه توان اين نانوژنراتور 27/11 ميلي وات بود. مطابق انتظارات اين نانوژنراتور توانايي روشن كردن 115 لامپ LED را داشت و توانست به راحتي در زمان 20 ثانيه يك خازن 1 ميكروفاراد را شارژ كند. در ادامه تحقيق شبيه¬سازي نانوژنراتور تريبوالكتريك در دو حالت مدارباز و بسته انجام شد و نتايج با نتايج عملي مقايسه شد. براي نشان دادن كاربرد وسيع نانوژنراتورها در اين پژوهش از نانوژنراتور ساخته شده براي اولين بار با هدف اتصال نانوميله¬هاي نقره استفاده شد. نانوميله¬هاي نقره با استفاده از پلي وينيل پيروليدون، اتيلن گليكول و آهن (III) كلريد شش آبه و نقره نيترات سنتز شد و با استفاده از يك سيستم طراحي شده براي متصل كردن دو الكترود به نانوژنراتور فرايند اتصال نانوميله¬ها انجام شد.

On account of their excellent properties, two-dimensional (2D) nanostructures beyond graphene, such as MoS2, has extensive applications. Given their quantum confinement effects, MoS2 monolayers could efficiently trap electrons as an intermediate layer between friction and electrode in TENGs and successfully hinder their recombination and air breakdown, increasing their output. With the help of this phenomenon, a TENG called PS+PS/MoS2-AHSG (PPMA) TENG was fabricated with an open-circuit voltage of approximately 1200 V and a short-circuit current of 0.74 mA and a maximum power of 11.27 mW. PPMA TENG consists of transparent Polystyrene (PS) and PS/MoS2 layers as the negative contact and storage layers. Also, the positive layer was a novel Alyssum Homolocarpum Seed Gum (AHSG) layer which is a natural polymer. This TENG could successfully light up 115 commercial Light-emitting diodes (LEDs). PPMA TENG exhibited exceptional mechanical robustness so that after a decrease in its outputs, heating would activate the self-healing mechanism and the surface charge density could reach from 0.428 μC/m2 to 0.874 μC/m2, which is 82 percent of the initial value. To demonstrate the practical applications of PPMA TENG as a high-voltage sustainable power source, it was successfully employed to perform a dielectrophoretic assisted welding of silver nanorods.

فتح اله كريم زاده , مهران نحوي

محمدحسن عباسي , مهران نحوي