توليد و مشخصه يابي ژنراتورهاي نانوساختار بر پايه فيلم PTFE و نانوالياف نايلون 66

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

كارشناسي ارشد

بحران‌هاي ‌انرژي و زيست‌محيطي در سال‌هاي اخير، حركت به سمت انرژي‌هاي پاك، تجديدپذير و پايدار در مقياس و كاربردهاي گوناگون را به امري اجتناب‌ناپذير تبديل نموده است. در حال حاضر باتري‌ها متداول‌ترين ابزار براي تأمين انرژي مورد نياز اين نوع سامانه‌ها هستند. عمر محدود، لزوم دسترسي جهت تعويض، ابعاد بزرگ، وزن بالا و صدمه‌هاي زيست‌محيطي ناشي از دفع آن‌ها از مشكلات بزرگ باتري‌ها به شمار مي‌روند. استفاده از نانو ژنراتورها يك ‌راه‌حل جديد براي حل بحران انرژي است كه از مزاياي آن‌ها مي¬توان به سبك‌وزن بودن و طراحي مقرون‌به‌صرفه اشاره نمود.هدف از پژوهش حاضر، ساخت و توسعه‌ي نانو ژنراتور تريبوالكتريك (TENG) دو الكترودي به‌منظور تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي است. بدين منظور با در نظر گرفتن پارامترها و عوامل مؤثر در توان خروجي سيستم، انتخاب موادي همچون لايه‌ي پلي تترا فلوئورواتيلن (PTFE) و پارچه بافته‌شده از نخ‌هاي نايلون پوشش داده شده با نانوذرات اكسيد روي (ZnO) به‌عنوان لايه‌هاي تريبوالكتريك پيشنهاد گرديد. جهت بهبود خواص تريبوالكتريك، فرايندهاي اصلاح‌سازي شامل پوشش‌دهي با نانوذرات اكسيد روي و ايجاد زبري‌هاي متفاوت بر روي سطوح PTFE انجام شد. در اين راستا ابتدا نانو الياف كامپوزيتي نايلون/اكسيد روي بر روي نخ فيلامنت كربن پوشش داده شد. از نخ تهيه شده به‌عنوان نخ پود براي بافت پارچه‌ي تاري پودي كه نخ تار آن از نايلون است، استفاده شد. سپس، پارچه‌ي تهيه شده به‌عنوان يكي از الكترودها استفاده شد و الكترود ديگر از ورق‌هاي PTFE باضخامت‌ها و زبري‌هاي متفاوت انتخاب‌شد. نايلون و PTFE با توجه به سري تريبوالكتريك، مستعد ايجاد اختلاف‌پتانسيل الكتريكي بالايي هستند. سپس تأثير درصد نانو ذرات اكسيد روي، فركانس ضربه، ضخامت لايه‌ها و مورفولوژي سطح بر روي ولتاژ و جريان خروجي، بررسي شد. نتايج به‌دست‌آمده نشان داد كه خروجي با افزايش درصد نانو ذرات اكسيد روي تا مقدار بهينه‌ افزايش و پس‌ازآن كاهش يافت. همچنين خروجي با افزايش زبري سطح، افزايش‌ و با افزايش ضخامت لايه‌ها، كاهش يافت. درنهايت با افزايش فركانس، پارامترهاي خروجي افزايش يافتند. بهترين نمونه‌ي ساخته ‌شده باضخامت 5 درصد نانو ذرات اكسيد روي و فركانس 10 هرتز با ورق PTFE باضخامت 2 ميلي‌متر و زبري متوسط 5 ميكرون حاصل شد كه ولتاژي حدود 200 ولت و جريان 14 ميكرو آمپر با توان حداكثر 1687 ميلي وات در مترمربع (معادل 7/2 ميلي وات در خروجي) ايجاد نمود. با خروجي حاصل، تعداد 27 لامپ LED 2/3 ولتي روشن خواهد شد. كلمات كليدي: نانو ژنراتور ترايبوالكتريك، نانو الياف كامپوزيتي، الكترود، نخ مغزي غلاف نانو ليفي، نايلون، نانو ذرات اكسيد روي.

218423

فناوري نساجي

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان