مبدل انرژی هیبریدی تریبو - پیزوالکتریک از پارچه پشمی و لایه نانوالیاف pvdf/batio3

برداشت انرژی‌های هدر رفتنی با کمک مبدل‌های انرژی مکانیکی به الکتریکی با توجه به معضل جهانی انرژی، از جمله رویکردهای نوین در توسعه محصولات میکروالکترونیک مبتنی بر سازوکار پیزوالکتریک و تریبوالکتریک میباشد. در این مقاله ترکیب‌های مختلفی از مبدل‌های الیافی شامل نانوالیاف pvdf و نانوالیاف کامپوزیتی pvdf/batio3 با لایه‌های پشمی با سه نوع بافت حلقوی پودی و الیاف پشم شانه‌شده، باتوجه به جایگاه مناسب ماده پشم و pvdf در گروه مواد تریبوالکتریک، در نظر گرفته‌ شد. میزان ولتاژ الکتریکی خروجی حاصل از تماس- جدایش تریبوالکتریک بر واحد سطح مبدل جهت ارزیابی خواص نمونه‌های تولید شده و مقایسه آنها با مبدل‌های تک‌لایه اندازه‌گیری شد. همچنین نحوه‌ی چیدمان بهینه لایه‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از بررسی‌ها نشان داد که بهترین چیدمان لایه‌ای تریبوالکتریک در یک نیروی مشخص با ساختار کمان‌شکل حاصل شده و مقدار بالاترین خروجی (v/cm2)4.35 قابل دسترس میباشد. در حالی که خروجی لایه‌ی پیزوالکتریکpvdf به‌تنهایی در بهترین لایه‌ی ترکیبی آزمایش‌‌شده در نمونه‌های تریبوالکتریک به‌مقدار(mv/cm2) 0.475 میباشد. بر اساس نتایج بدست آمده، ساخت مبدل‌ها به صورت هیبریدی با ساختار معرفی شده در این پژوهش می‌تواند در ازای اعمال نیروی یکسان، خروجی مبدل تریبوالکتریک را نسبت به لایه‌ی مبدل پیزوالکتریک pvdf/batio3، بیش از 9000 برابر افزایش دهد. ساختار معرفی شده می تواند به عنوان گامی موثر در راستای توسعه مواد پیشرفته برای توسعه محصولات میکروالکترونیک خودشارژشونده و قابل پوشیده شدن مورد استفاده قرار گیرد.

hybrid pizo-triboelectric energy nanogenerator from woollen fabric and pvdf/batio3 nanofibrous layer

harvesting of wasted energies using mechanical to electrical energy nanogenerators has become a major branch of energy research area due to the global energy concerns. piezoelectric and triboelectric mechanisms are between the two most widely used methods in this field. in this study, different combinations of fibrous nanogenerators including pvdf nanofibers and pvdf / batio3 composite nanofibers with wool fabrics consist of three types of weft knitted fabric and combed wool fibers were prepared, due to their promising position in the triboelectric series. different configuration of layers were also set to optimize the layer composition for the best electrical output. the electrical output voltage per unit area of different samples were measured after the contact - separation mode of electrification for each sample. results showed that the arc-shape layer deposition has the best triboelectric layer arrangement to achieve the optimized electrical output at a specified force with the highest output value of 4.35(v/cm2), where the output of pvdf piezoelectric layer was only 0.475(mv/cm2). for a given force, the output of the triboelectric nanogenerator was more than 9000 times higher than that of the pure pvdf/batio3 piezoelectric nanogenerator. these results teach us a first step towards the fabrication of self-chargeable wearable microelectronic devices.