Skip to main content
SUPERVISOR
Mahshid Kharaziha-esfahani,Fatallah Karimzadeh
مهشيد خرازيهاي اصفهاني (استاد راهنما) فتح اله کريم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fatemeh Moradi
فاطمه مرادي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Design and Fabrication of a Single Electrode Triboelectric nanogenerator based on polymeric PDMS film and Graphene Oxide nanoparticles by creating a surface micro-texture
In recent years, the usage of graphene oxide (GO) super capacitors with high energy densities in storage devices have attracted a tremendous attention. The transfer of graphene onto flexible polydimethylsiloxane (PDMS) substrates has been achieved by a simple, etching- free method. This transfer is due to the very low surface energy of PDMS. A TENG is used to convert mechanical energy into electricity by a conjunction of triboelectri?cation and electrostatic induction. In this research, PDMS surface was patterned using a nanoporous anodic titanium oxid template. After that, GO despersion was coated on PDMS patterned surface in different concentrations (0.1, 0.2, 0.4 and 0.5 wt%). The maximum power density of this device can reach up to 2.9 W/m 2 , voltage of 620 V and current density of 2.1 mA/m 2 are observed. In order to enhance the triboelectric performance of a single- friction triboelectric nanogenerator (S-TENG), the polymer composites consisting of various concentrations of GO nanosheets (0, 0.02, 0.05, 0.5, 1, and 1.5 wt%) were fabricated. The maximum power density of this device can reach up to 7.4 W/m 2 , voltage of 914.6 V and current density of 3.3 mA/m 2 are observed. It was concluded that the performance of the composite sample is better than the coated one. Because of the two dimensional nanostructure and excellent surface properties, the GO- based TENG shows a sensitive force detection and a antimicrobial activity. This device, which has a simple structure, was fabricated in a low- cost method and a simple manufacturing process. The generated electric energy could supply the power required for 100 commercial blue light emitting diodes (LEDs) without any energy storage process. This higher performance is due to the formation of nanopores and strengthened negative charges on PDMS from the fibrous structure and oxygen functional groups of GO, respectively. Performance of the devices are also systematically investigated under various motion types and pressure forces. on palm tapping the device. The developed TENG in this research, shows a great promise for applications in systems such as wearable electronic devices, self- powered touch panels, artificial skins and smart wireless sensor networks. Keywords: Triboelectric Nanogenerator, Graphene Oxide, Porous Structure, Polydimethylsiloxane,
چکيده بحران‌هاي انرژي و زيست ‌محيطي در ساليان اخير، حرکت به سمت انرژي‌هاي پاک، تجديد پذير و پايدار در مقياس و کاربردهاي گوناگون را به امري اجتناب‌ناپذير تبديل کرده است. در حال حاضر باتري‌ها متداول‌ترين تجهيز براي تامين انرژي موردنياز اين نوع سيستم‌ها هستند. عمر محدود، لزوم دسترسي جهت تعويض، ابعاد بزرگ و وزن بالا (در مقايسه با کل سيستم) و صدمات زيست‌محيطي ناشي از دفع آن­ها، از مشکلات بزرگ باتري‌ها به شمار مي‌روند. در مقياس کوچک، سيستم‌هايي پايدار، کم­وزن و بدون نياز به تعمير و نگهداري، توان موردنياز سيستم­هاي نانوالکترومکانيکي، تجهيزات پزشکي قابل کاشت در بدن، تجهيزات الکترونيکي همراه، نانوربات‌ها وغيره را تامين کردند. هدف از گزارش حاضر، ساخت و توسعه نانوژنراتور تريبوالکتريک تک الکترود به منظور تبديل انرژي مکانيکي به انرژي الکتريکي است. بدين منظور، با در نظر گرفتن پارامترها و عوامل مؤثر در توان خروجي سيستم، انتخاب موادي چون لايه پلي­دي­متيل­سيلوکسان اصلاح شده با اکسيدگرافن به عنوان لايه تريبوالکتريک، و اکسيد قلع آلاييده شده با فلورين به عنوان الکترود پيشنهاد مي­شود. به منظور بهبود خواصي از جمله افزايش چگالي بار سطحي، فرايندهاي اصلاح سازي شامل پوشش­دهي با انواع گوناگون نانومواد (از جمله اکسيدگرافن) و ايجاد الگو بر روي سطح آن انجام شد. در اين راستا ابتدا سطح پلي­دي­متيل سيلوکسان توسط قالب­هاي آندايز شده آلياژتيتانيوم الگودار شده، سپس اکسيدگرافن محلول در اتانول با غلظت­هاي مختلف(1/0، 2/0، 4/0، 5/0درصد وزني) روي سطح الگوها به روش غوطه­وري قرارگرفت. پس از آن، پارامتر­هاي مؤثر بر خروجي نانوژنراتور مانند ترکيب شيميايي، ضخامت و ابعاد لايه­هاي تريبوالکتريک بهينه­سازي شد و خواص مکانيکي و فيزيکي آن ارزيابي­شد. نتايج نشان داد که ولتاژ 620 ولت، چگالي جريان 1/2 ميلي­آمپر بر مترمربع و چگالي توان 9/2 ­وات بر مترمربع توليد گرديد. سپس به منظور بهبود خواص مکانيکي و الکتريکي و به دام انداختن الکترون­ها جهت افزايش چگالي باردر زيرلايه پلي­دي­متيل­سيلوکسان، نانوذرات اکسيدگرافن به صورت کامپوزيتي مورد استفاده قرار گرفت. در اين راستا اکسيدگرافن در درصدهاي وزني مختلف (0، 02/0، 05/0، 5/0و 5/1 ) به پلي­دي­متيل­سيلوکسان افزوده­شد و خواص سطحي، مکانيکي و فيزيکي زيرلايه­هاي ساخته شده ارزيابي شد. پس از آن، عوامل مؤثر بر نانوژنراتور مانند فرکانس ضربه به نانوژنراتور، نيروي اعمالي، ترکيب شيميايي، مورفولوژي زيرلايه­هاي اصطکاکي، ثابت­دي­الکتريک و ابعاد بهينه­سازي شد. نتايج نشان­داد که استفاده از زير لايه پليمري در حالت کامپوزيت با اکسيدگرافن ضمن بهبود خواص مکانيکي، سبب ارتقاي چگالي جريان به ميزان 57 درصد شد. در اين شرايط خروجي نانوژنراتور به ولتاژ خروجي6/ 914ولت، چگالي جريان 3/3 ميلي­آمپر بر مترمربع و چگالي توان4/7 وات بر مترمربع رسيد. سپس به منظور اطمينان از توليد توان توسط نانوژنراتور فوق، از انرژي توليدي به منظور روشن کردن 100 ديود نوري و راه­اندازي يک ساعت مچي بدون استفاده از باتري استفاده­شد. کلمات کليدي : نانوژنراتور، تريبو الکتريک ،اکسيدگرافن، پلي­دي­متيل­سيلوکسان

ارتقاء امنیت وب با وف بومی