افزایش ۱۳۰۰ برابری جریان خروجی از نانوژنراتور تریبوالکتریک

به گزارش خبرگزاری صداوسیما، بسیاری از ما شوک ناشی از الکتریسیته ساکن را با لمس یک جسم فلزی پس از پوشیدن ژاکت یا راه رفتن روی فرش احساس کرده‌ایم. هنگامی که دو ماده غیرمشابه (مانند بدن ما و پارچه) با یکدیگر تماس پیدا می کنند، در نتیجه تجمع بار، الکتریسیته ساکن ایجاد می‌شود.

در سال ۲۰۱۲، دانشمندانی از آمریکا و چین از این پدیده موسوم به اثر تریبوالکتریک برای ساختن نانو ژنراتور تریبوالکتریک (TENG) استفاده کردند که انرژی مکانیکی استفاده نشده را به انرژی الکتریکی مفید تبدیل می‌کرد. دستگاه آن‌ها از دو فیلم پلیمری تریبوالکتریک با الکترودهای فلزی تشکیل شده بود که وقتی کنار هم قرار گرفتند و از هم جدا شدند، منجر به جداسازی بار و ایجاد ولتاژ الکتریکی کافی برای تامین انرژی دستگاه‌های الکترونیکی کوچک می‌شد.

تلاش‌هایی برای افزایش توان خروجی نانو ژنراتور تریبوالکتریک به عنوان برداشت‌کننده‌های انرژی، با تزریق بار به سطح فیلم‌های تریبوالکتریک انجام شده است. با این حال، نوترکیب بار در الکترود و دفع بار روی سطح مواد مانع از دستیابی آن‌ها به چگالی بار سطحی بالا می‌شود.

تیمی از محققان به سرپرستی پروفسور چانهو پارک از موسسه علم و فناوری گوانگجو (GIST) در کره جنوبی، در مطالعه‌ای اخیر خود، یک لایه محبوس شارژ را توسعه دادند که انتقال بارهای تزریقی بین فیلم تریبوالکتریک را مدیریت می‌کند. این ساختار به عنوان الکترود موجب بهبود چگالی بار روی سطح فیلم تریبوالکتریک می‌شود. این مقاله در Small Methods منتشر شده است.

پروفسور پاک می‌گوید: «در طراحی نانو ژنراتور تریبوالکتریک با کارایی بالا، انتقال بار از روی سطح به بخش‌های عمیق و در عین حال کاهش نوترکیب بار، اهمیت زیادی دارد. برای ساخت این لایه‌ها، محققان از کره‌های کربن مزوپور همراه با لایه‌های پلی‌وینیلیدین فلوراید (PVDF) و نایلون استفاده کردند. کره‌های کربن، که بارها را روی سطح به دام می اندازند، به گونه‌ای در این ساختار مرتب می‌شوند که یک لایه گرادیان محصورکننده بار را ایجاد می‌کنند. در نتیجه این گرادیان، بارهای تزریق شده می‌توانند به سمت الکترود حرکت کنند اما درست قبل از رسیدن به الکترود محدود می شوند. لایه‌ها بارها را حمل و نقل می کنند و همچنین نوترکیبی را محدود کرده و در نهایت کارایی افزایش می‌یابد.»

با انتقال بارها به دور از سطح، لایه‌ها از تجمع و دفع بارهای تزریقی روی سطح ماده تریبوالکتریک جلوگیری می‌کنند و به آن اجازه می‌دهند تا بار بیشتری را نگه دارد. علاوه بر این، محصور کردن بارها در نزدیکی الکترودها از کاهش بار به دلیل نوترکیبی جلوگیری می‌کند و در نتیجه یک سطح تریبوالکتریک با چگالی بار بالاتر ایجاد می‌شود.

با افزودن لایه‌های محدودکننده شارژ، محققان ولتاژ و جریان خروجی TENG را به ترتیب ۴۰ و ۷ برابر بهبود دادند. علاوه بر این، با ترکیب یک نانو ژنراتور تریبوالکتریک استوانه‌ای و یک ژنراتور الکترومغناطیسی، آن‌ها به افزایش چشمگیر ۱۳۰۰ برابری در جریان خروجی دست یافتند.

پاک می‌گوید: «با این نتایج امیدوارکننده، نانو ژنراتورهای تریبوالکتریک‌ می‌توانند روزی به اندازه‌ای قدرتمند باشند که به‌عنوان برداشت‌کننده انرژی پایدار و همچنین دستگاه‌های پوشیدنی نیرو در آینده استفاده شوند.»
­