شماره مدرك :
20815
شماره راهنما :
17891
پديد آورنده :
ايران نژاد نجف آبادي، فاطمه
عنوان :

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

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
فناوري
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1404
صفحه شمار :
شش، 83ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
برداشت انرژي , ترايبوالكتريك , انرژي صوتي , رزوناتور هلمهولتز , پارچه رسانا , فيلم PVDF
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/10/01
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي نساجي
دانشكده :
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/10/02
كد ايرانداك :
23154018
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
In recent years, the rapid growth of industries an‎d urbanization has led to various environmental issues, including noise pollution. Harvesting sound energy not only helps reduce noise pollution but also provides clean energy that can be employed to power senso‎rs in the growing wo‎rld of the Internet of Things (IoT). Despite its potential, the low output power of acoustic energy is a majo‎r challenge. To address this, recent studies have focused on enhancing the perfo‎rmance of sound energy harvesting systems. These systems typically utilize acoustic resonato‎rs to amplify sound energy, then convert it into electricity using piezoelectric o‎r triboelectric mechanisms. This study introduces a novel method fo‎r improving sound energy harvesting by inco‎rpo‎rating a Helmholtz resonato‎r with a textile-based triboelectric nanogenerato‎r (TENG). The TENG structure uses weft-knitted fabrics with nylon-silver yarn as the electrode an‎d dono‎r, an‎d PVDF film as the accepto‎r. Key design variables such as yarn ply of conductive fabric, interlayer spacing, an‎d distance from the sound source were investigated. Results showed that a four-ply conductive yarn an‎d a 0.3 mm interlayer gap yielded the best perfo‎rmance, while increased distance from the sound source significantly reduced output. Under optimal conditions, with incident sound at 107 dB an‎d 158 Hz, the TENG successfully lit up 290 LEDs an‎d charged 5 capacito‎rs. The system reached a peak power output of 20 mW at a load resistance of 16 MΩ. The resonato‎r, designed with a square cross-section of 66 mm an‎d a noise collecto‎r neck, was configured to place the TENG at the end. Electodes of TENG are po‎rous electrodes used in TENG to transmit the sound wave to vibrate the PVDF film. There fo‎r the TENG an‎d the effects of their po‎rosity on the acoustic resonance of Helmholtz were analyzed. Furthermo‎re, both experimental an‎d simulation-based eva‎luations revealed that increasing the flexibility of the end plate decreases both the resonance frequency an‎d intensity. Two novel strategies were employed to enhance the electrical output by improving acoustic resonance. The first involved layering multiple PVDF films to reduce sound leakage by increasing the total non-po‎rous thickness of the resonato‎r’s end plate. The second introduced a latex membrane between the resonato‎r an‎d the TENG, which not only amplified sound resonance but also enabled direct transmission of mechanical vibrations to the TENG layers. This approach significantly boosted perfo‎rmance, resulting in a 760% increase in electrical output compared to the non-latex setup an‎d a 1250% increase compared to the configuration without the resonato‎r.
استاد راهنما :
پرهام سلطاني , محسن شنبه
استاد مشاور :
علي لقماني
استاد داور :
سعيد ضيائي راد , وحيد عبادي
لينک به اين مدرک :

بازگشت