چكيده فارسي :
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
چكيده انگليسي :
Due to the increasing demand in the use of electronic tools and equipment, the use of electrical energy and obtaining it, especially from clean and recoverable sources, has been highly regarded by societies and scientists. For this reason, it will be obvious to develop nanogenerators (tools for converting other energies into electrical energy) with high speed and technology. Among the types of nanogenerators, triboelectric nanogenerators have a special place due to their advantages such as high efficiency, low cost, and wide range of materials used. Because the nature of the output of these devices is alternating, one of the improvements achieved in the output of these nanogenerators is achieving direct current instead of alternating current, which is due to the use of many electronic equipment and power storage sources from direct current and the elimination of additional equipment in the direction of miniaturization. The more these nanogenerators double their efficiency in practical applications. In this research, using the effect of electrostatic decomposition, a nanogenerator was made that produces direct electric current without using external rectifiers. First, by applying a nickel-phosphorus-teflon composite coating layer as a negative triboelectric layer on an aluminum substrate, the negative layer of the nanogenerator was made by electroless coating method, and then by using another aluminum sheet as the positive layer and the electrode, a triboelectric nanogenerator was made. It was made with alternating voltage and current output. After making and observing the performance, in order to investigate the effect of the presence of two-dimensional structures in the triboelectric layer of the nanogenerator, graphene oxide and graphite carbon nitride nanoplates were used. The voltage of the nanogenerator increased dramatically after using these two substances. So that before using these materials, the voltage value was 1371 volts, and after using graphene oxide and graphite carbon nitride nanoplates, the recorded numbers for voltage were 2160 and 2577 volts, respectively. After this step, by placing another aluminum electrode next to the previous two electrodes and using the effect of electrostatic decomposition, the output voltage and current of the nanogenerator was changed from alternating to direct. The output voltage recorded in the direct mode for the triboelectric nanogenerator was 894 volts, and the current and power for a system with dimensions of 3 x 3 cm was equal to 388.5 microamps and 77.7 watts per square meter. In the end, due to the optical absorption properties of graphite carbon nitride nanoplates, the nanogenerator made with this material was used as an ultraviolet ray sensor and it was observed that under the ultraviolet radiation, the output voltage of the nanogenerator made in optimal conditions increased by 24%, which confirms the use of this device as a sensor detection of ultraviolet rays present in the environment. According to the extraordinary performance of graphite carbon nitride in improving the triboelectric properties of the negative layer in this research and due to the favorable properties of this material such as easy synthesis, reasonable price, excellent temperature and chemical stability, graphite carbon nitride can be one of Very suitable options for making the triboelectric layer of triboelectric nanogenerators.