ساخت نانو ژنراتور‌های تریبوالکتریک با ساختار بهبود یافته

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، نانو ژنراتور‌های تریبوالکتریک (TENG) چند لایه معمولاً برای بهبود پارامتر‌های عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند. با این حال، TENG‌های چند لایه با توزیع بار حجمی بالا باید برای تولید انبوه موثر قوی و انعطاف‌پذیر باشند. در نتیجه، انتخاب مواد مناسب برای صنعتی کردن TENG‌های چند لایه بسیار مهم است. در این مطالعه، محققان یک TENG انعطاف‌پذیر و مستحکم ساخته‌اند که کاملاً از پلیمر‌های انباشته‌شده با الکترون (EAPs) قابل چاپ با توزیع بار حجمی و قابلیت‌های ذخیره‌سازی بالاتر ساخته شده است.

مقاله‌ای در مجله Advanced Electronic Materials منتشر شده است که در آن ساخت TENG چاپی، بادوام و پوشیدنی با پلیمر‌های انباشته الکترون فوق‌شارژ (EAPs) بر اساس نانوساختار‌های MXene، تشریح شده است. نانوژنراتور‌های تریبوالکتریک آماده شده با EAP‌ها می‌تواند به طور موثری با یک حسگر pH از وسایل الکترونیکی فشرده و دستگاه‌های اندازه‌گیری pH مختلف ادغام شود.

نانو ژنراتور‌های تریبو‌الکتریک پوشیدنی (TENG) به‌عنوان استخراج‌کننده انرژی الکترومکانیکی برای دستگاه‌های الکترونیکی نسل بعدی به طور فزاینده‌ای محبوب می‌شوند. چندین موسسه تحقیقاتی فعالانه در تلاش هستند تا یک فرآیند تولید کارآمد برای تولید TENG‌های سبک وزن و مقرون به صرفه با ظرفیت انرژی بالا با استفاده از پوشش‌های مختلف نانوکامپوزیت و اصلاح مواد ایجاد کنند. با توجه به تحقیقات قبلی در مورد رابطه بین توان خروجی TENG و بار‌های الکترونیکی قابل انتقال، تزریق بار مصنوعی، غلظت حامل بر روی سطح و توان خروجی TENG را افزایش می‌دهد.

مواد مرسوم انتقال‌دهنده الکترون مانند نانولوله‌های کربنی (CNTs) و ترکیبات به دام انداختن مانند اکسید گرافن برای توزیع بار حجمی بالای TENG‌ها کافی نیستند. علاوه بر این، چندین بررسی بر روی TENG‌های چند لایه نشان داده است که استحکام بالا، آن‌ها را برای وسایل الکترونیکی پوشیدنی نامناسب می‌کند.

علاوه بر این، TENG‌ها باید در برابر رطوبت و اعوجاج مقاوم باشند تا انرژی را به طور مداوم تحویل دهند و به طور موثر وسایل الکترونیکی پوشیدنی تجاری را به کار گیرند.

اگرچه تحقیقات قبلی از کپسوله‌سازی و تغییرات رابط برای کاهش این چالش‌ها استفاده می‌کردند، این روش‌ها هنوز پیچیده هستند و تولید انبوه این سیستم‌ها مشکل‌ساز است.

MXene یک ماده معدنی دوبعدی است که از لایه‌های نازکی از کاربیدها، نیترید‌ها یا کربنیترید‌های فلزات واسطه تشکیل شده است. MXene رسانایی فلزی کاربید‌های فلزات واسطه را با ویژگی آبدوستی ترکیب می‌کند.

MXene به دلیل قابلیت‌های بالای جذب الکترون خود، توجه زیادی را به برنامه‌های کاربردی TENG جلب کرده است. MXene به‌عنوان یک ماده تریبو منفی در چندین مطالعه برای تقویت الکترون‌های ارسالی استفاده شده است.

EAP‌ها از MXene دو بعدی با مکان‌های به دام انداختن الکترون فراوان، نانولوله‌های کربنی تک جداره (SWCNTs) با رسانایی الکتریکی عالی و پلی‌تترا فلوئورواتیلن (PTFE) با خواص جذب و انتقال الکترون قابل‌توجه ساخته شده‌اند. لایه‌های TENG با استفاده از فناوری چاپ صفحه‌نمایش کم‌هزینه با جوهر‌های تخصصی کشسان ایجاد شده‌اند.

برای نشان دادن کاربرد واقعی TENG‌های مبتنی بر EAP، یک دستگاه حسگر pH برای اندازه‌گیری محدوده pH تعریق انسان ساخته شد. این دستگاه دارای یک حسگر pH چاپ شده با صفحه نمایش بسیار حساس و همچنین نمایشگر است. حسگر pH سیگنال ولتاژ الکتریکی را از خازن‌های شارژ شده توسط TENG دریافت می‌کند و آن را به یک ریزپردازنده تک تخته متصل به نمایشگر هفت بخش تحویل می‌دهد.