ساخت نانوژنراتورهای تریبوالکتریک منعطف پوشیدنی با جایگزینی پارچه‌ی شیشه‌ای به‌جای پوست در نانوژنراتورهای تماس پوستی

امروزه به برداشت انرژی بیومکانیکی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی در ادوات الکترونیک پوشیدنی، به‌ویژه نانوژنراتورهای تریبوالکتریک تماس پوستی، به‌دلیل انعطاف‌پذیری و کاربردهای گسترده بسیار توجه شده است. بااین‌حال، محدودیت‌هایی نظیر زیست‌سازگاری مواد، حداقل اصطکاک برای جلوگیری از التهاب پوستی و تاثیرپذیری از رطوبت و دما استفاده از این فناوری را پیچیده می‌کند. در این مقاله، با طراحی، شبیه‌سازی و ساخت نانوژنراتورهای تریبوالکتریک منعطف تک‌الکترودی با ماده‌ی منفی سیلیکون بهداشتی، تاثیر پارچه‌ی شیشه‌ای به‌جای پوست به‌عنوان ماده‌ی مثبت تریبوالکتریک بر عملکرد نانوژنراتور بررسی شده است. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که ولتاژ مدار باز به ماده‌ی مثبت انتخابی وابسته است و از 96‌ ولت برای پوست به 211‌ ولت برای پارچه‌ی شیشه‌ای و بار اتصال کوتاه از pc18‌ برای پوست به pc54‌ برای پارچه‌ی شیشه‌ای می‌رسند. نتایج حاصل از ساخت نشان می‌دهند که خروجی نانوژنراتور پیشنهادی با پارچه‌ی شیشه‌ای با دستیابی نتیجه‌ی مشابه شبیه‌سازی، ولتاژ مدار باز 200‌ ولت، جریان اتصال کوتاه 13.5میکروآمپر و توان خروجی حداکثر 1.85 مگاوات در مقاومت بار 30‌ مگااهم و با پوست ولتاژ مدار باز 92‌ ولت، جریان اتصال کوتاه 11.6‌میکروآمپر و توان خروجی حداکثر 0.69‌ مگاوات در مقاومت بار 20‌ مگااهم است. نانوژنراتورهای تریبوالکتریک ساخته‌شده در این مقاله با ماده‌ی مثبت پارچه‌ی شیشه‌ای، علاوه ‌بر توان تولیدی بالاتر، به‌دلیل نبود جریان نشتی و تاثیرپذیری از شرایط محیطی و متابولیسیمی، پایداری بیشتری به‌واسطه‌ی ثبات در عوامل تاثیرگذار دارد و، به‌دلیل عدم‌الزام به ارتباط مستقیم با پوست، راحتی بیشتری در محل قرارگیری و استفاده از نانوژنراتورهای تریبوالکتریک تماس پوستی برای کاربر در کاربردهای تامین انرژی ادوات الکترونیک پوشیدنی دارد.

fabrication of wearable flexible triboelectric nanogenerators using e-glass as a skin substitute in skin-contact devices

harvesting biomechanical energy and converting it into electrical energy in wearable electronic devices, particularly through skin-contact triboelectric nanogenerators, has garnered significant attention due to their flexibility and broad applications. however, several challenges such as material biocompatibility, minimal friction to prevent skin inflammation, and sensitivity to humidity and temperature hinder the technology’s effectiveness. this study investigates the design, simulation, and fabrication of flexible single-electrode triboelectric nanogenerators using sanitary silicone rubber as the triboelectric negative material and e-glass as the triboelectric positive material, replacing skin. simulation results indicate that the open-circuit voltage varies depending on the positive material, ranging from 96v for skin to 211v for e-glass, while the short-circuit charge ranges from 18pc for skin to 54pc for e-glass. fabrication results validate these findings, achieving an open-circuit voltage of 200v, short-circuit current of 13.5µa, and maximum output power of 1.85mw at a load resistance of 30mω with e-glass. in contrast, skin-based nanogenerators produced an open-circuit voltage of 92v, a short-circuit current of 11.6µa, and maximum output power of 0.69mw at the load resistance of 20mω. the e-glass-based nanogenerators exhibit superior performance, stability, and user comfort, making them a promising alternative for energy harvesting in wearable electronics.