نانوژنراتور تریبوالکتریک شرایط محیطی را به صورت خودکار پایش می‌کند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، نانو ژنراتور‌های تریبوالکتریک (TENG) دارای طیف وسیعی از کاربرد‌ها در سیستم‌های حسگری خود تامین (self-powered) هستند. در مقاله‌ای که به تازگی در مجله Nano Energy منتشر شده است، محققان یک TENG جامد/مایع، که توسط امواج هدایت می‌شود، ایجاد کردند تا پلت‌فرمی برای تشخیص خودکار و ردیابی شرایط محیط دریایی ارائه دهند.

طبق گزارش سازمان جهانی بهداشت (WHO)، آلودگی هوا سالانه بیش از هفت میلیون نفر را به کام مرگ می‌کشد. تغییرات رطوبت، دما و سطوح آلودگی همگی ممکن است به ظهور بیماری‌های مسری جدید کمک کنند. بنابراین، این عوامل باید در زمان واقعی ردیابی شوند.

دی اکسید گوگرد (SO ۲)، یک آلاینده رایج در هوا بوده که برای سلامت انسان و اکوسیستم بسیار مضر است. حتی مقادیر کم SO ۲ ممکن است باعث ایجاد مشکلات ریوی و قلبی در انسان شود و تماس طولانی مدت SO ۲ در زنان باردار می‌تواند منجر به ناهنجاری‌هایی در جنین و مرگ شود.

دی اکسید گوگرد به راحتی باعث باران اسیدی می‌شود و به درختان، زمین و آب آسیب می‌رساند. در نتیجه، طراحی آشکارساز‌های گازی قابل اعتماد برای سنجش سریع و دقیق دی اکسید گوگرد بسیار مهم است.

در حال حاضر، بیشتر آشکارساز‌های دی اکسید گوگرد نیاز به منبع انرژی دارند و برخی از آن‌ها برای سنجش بهینه نیاز به دمای بالا دارند که در نتیجه مصرف انرژی افزایش یافته و هزینه‌ها به طور قابل توجهی بالا می‌رود. از آنجایی که نصب حسگر در مقیاس بزرگ به انرژی زیادی نیاز دارد، فن‌آوری‌های جدید جمع‌آوری انرژی باید برای اجرای سیستم‌های حسگری آلودگی هوا ابداع شود.

انرژی خورشیدی و بادی به عنوان منابع متعارف انرژی پاک توسعه قابل توجهی داشته‌اند. با این وجود، تولید انرژی خورشیدی و بادی منابع قابل توجهی را مصرف می‌کنند و اجرای مقیاس پذیر آن را محدود می‌نمایند.

اقیانوس‌ها بیش از ۷۰ درصد از سطح این سیاره را پوشش می‌دهد و شامل بسیاری از انرژی‌های پاک پایدار مانند نیروی جزر و مد و امواج هستند. تبدیل انرژی موج به الکتریسیته به عنوان یک موضوع جدید حیاتی در تحقیقات فناوری انرژی پدیدار شده است.

نانو ژنراتور‌های تریبوالکتریک (TENG) به دلیل ماهیت ارزان، منابع اجزای متنوع و معماری ساده، توجه گسترده‌ای را برانگیخته‌اند. TENG مزایای متمایز در گرفتن انرژی‌های فرکانس پایین (مانند انرژی موج) ارائه می‌دهد. TENG‌های مایع-جامد برای گرفتن انرژی از امواج آب مناسب هستند.

MXen‌ها دسته جدیدی از مواد دو بعدی هستند که شامل کاربیدها، نیترید‌ها و کربنیترید‌های فلزات واسطه هستند و کاربرد‌های امیدوارکننده‌ای در آشکارسازها، خازن‌ها و فرآیند‌های کاتالیزوری دارند.

MXen‌ها به عنوان یک عامل احیاءکننده برای کمک به فرآیند احیاء اکسید گرافن (GO) استفاده می‌شوند که حساسیت تشخیص یک گاز را بهبود می‌بخشد. MXen‌ها اکنون به عنوان یک ماده تشخیص گاز برای سنجش طیف وسیعی از گاز‌ها استفاده می‌شوند. با این حال، به ندرت هیچ تحقیقی در مورد استفاده از آشکارساز‌های دی اکسید گوگرد مبتنی بر MXene گزارش شده است. در این تحقیق، محققان یک سیستم تشخیص خودکار برای نظارت بر محیط زیست دریایی با استفاده از TENG مایع-جامد که توسط انرژی موج هدایت می‌شود، طراحی کردند. برای جذب انرژی موج، نانو ژنراتور تریبوالکتریک با استفاده از صفحات اتیلن کلروتری فلوئورواتیلن (ECTFE) و الکترود‌های هیدروژل یونی ساخته شد.

آشکارساز MXene/TiO ۲/SnSe با TENG، که دارای حساسیت بالایی (حدود ۱۴ برابر بیشتر از یک حسگر مقاومتی) است، برای تشخیص گاز دی اکسید گوگرد تولید شد. TENG آشکارساز دی اکسید گوگرد خود را فعال کرده، مصرف انرژی را کاهش داده و به طور قابل توجهی پاسخگویی آشکارساز را افزایش می‌دهد.

داده‌های حسگر از دستگاه خود تغذیه شونده ممکن است در زمان واقعی به تلفن‌های همراه و سایر ماژول‌ها ارسال شود و به آن‌ها اجازه می‌دهد رطوبت، دما، سطوح گاز دی‌اکسید گوگرد، سطوح سطح آب و سایر حس‌های دریایی را ردیابی کنند.