Painting a high-output triboelectric nanogenerator on paper for harvesting energy from human body motion

چکیده

کلمات کلیدی

1.مقدمه

شکل 1. مکانیسم آماده‌سازی XP-TENG تولیدی. (a) فرایند تولید دستگاه Πشکل. (b) فرایند تولید دستگاه Πشکل معکوس (نقشه فرعی الکترود معمولی را نشان می‌دهد). (c) فرایند مونتاژ XP-TENG. (d) نمایش شماتیک یک واحد تولیدی XP-TENG (نقشه فرعی پیکربندی دستگاه را نشان می‌دهد).

2.آزمایش

شکل 2. (a) عکسی از واحد XP-TENG معمولی 3 سانت در 3 سانت. (b) عکس از XP-TENG بسته‌ای. تصویر SEM از نوع تلفون (c) و سطح جوهر خودکار (d).

شکل 3. (a) عکس با نمایش سه بخش از کاغذ تشکیل دهنده لایه خالی، لایه جوهر و لایه گرافیتی. نقشه فرعی راست انعطاف‌پذیری لایه جوهر خودکار را نشان می‌دهد، نقشه فرعی چپ برخی ذرات گرافیتی باقیمانده روی انگشت بعد از خراش سطح لایه گرافیتی را برجسته می‌کند. (b) تغییر در مقاومت برگه لایه رسانا تحت خمش و خراش.

شکل 4. (a) نمایش شش جفت اصطکاک. مکانیسم کاری XP-TENG برای (a) الگوی کاری 1 و (b) الگوی کاری 2.

3.نتایج و بحث

شکل 5. (a,b) دو الگوی کاری از XP-TENG تحت تاثیرگذاری نیروی بیرونی. (c,d) محاسبات عددی (اجرا شده با COMSOL) از پراکندگی پتانسیل در الکترودهای XP-TENG، در هر مرحله (1-3)، تحت شرایط مدار باز.

شکل 6. وابستگی (a) ولتاژ خروجی و جریان بر مقاومت بار و (b) تراکم توان خروجی بر مقاومت بار. (c, d) ولتاژ خروجی و جریان به ترتیب با بار انطباق یافته 100MΩ و 100 KΩ. (e) منحنی ولتاژ خازن 1 nF متصل به XP-TENG به وسیله پل یکسوکننده موج کامل؛ تقریباً 12 nC شارژ در یک چرخه انتقال می‌یابد. (f) پایایی XP-TENG تولیدی به واسطه 10000 چرخه کاری پیوسته بررسی می‌شود.

شکل 7. سنجش الکتریکی سه XP-TENG بسته‌ای با دو، سه و چهار واحد کاری. جریان مدار کوتاه (Isc) (a, b, c) و ولتاژ مدار باز (Voc) (e, f, g) از XP-TENGهای متناظر. مقایسه Isc (g), Voc (h) و حداکثر توان خروجی (i) از XP-TENGها. نقشه‌های فرعی مقدار شارژ انتقالی (ΔQ) را روشن می‌کند.

شکل 8. سنجش الکتریکی سه XP-TENG بسته‌ای با دو، سه و چهار واحد کاری که متصل به پل‌های موج کامل هستند. جریان مدار کوتاه متناظر (Isc) و ولتاژ مدار باز (Voc) به ترتیب در (a, b, c) و (e, f, g) نشان داده شده‌اند. تفاوت در (g) Isc، (h) Voc، (i) حداکثر توان خروجی تازه تعیین شده و مقادیر اندازه‌گیری شده ابتدایی.

شکل 9. Isc از XP-TENG برطبق الگوی کاری دوم (در نقشه فرعی) و (b) Isc از XP-TENG بسته‌ای با ده واحد کاری تحت زاویه‌های متفاوت خمش. نقشه فرعی XP-TENG بسته‌ای را در حالت خمش نشان می‌دهد. (c) شماتیک XP-TENG بسته‌ای تحت تاثیر دست‌ها.

شکل 10. کاربرد XP-TENG. (a) عکس نشان دهنده کاربرد عملی XP-TENG واقع در کوله‌پشتی. نقشه فرعی 1 این حقیقت را نشان می‌دهد که XP-TENG را می‌توان به آسانی در کوله‌پشتی قرار داد. نقشه فرعی 2 این حقیقت را برجسته می‌کند که ده LED آبی تجاری با راه رفتن طبیعی فرد روشن می‌شود. نقشه فرعی 3 نشان می‌دهد XP-TENG 5 سانت در 5 سانت در زیر فنجان قرار داده می‌شود. (b) 101 LED پرمصرف آبی با ولتاژ کاری 3.4 V با XP-TENG بسته‌ای با چهار واحد کاری روشن می‌شوند.

شکل 11. (a-d) Voc از XP-TENG با یک واحد کاری تحت رطوبت نسبی 60، 70، 80 و 90%. (e) مقایسه Voc تحت شرایط رطوبت متفاوت. (f) پایایی XP-TENG تولیدی در شرایط مرطوب/خشک. Voc هنوز ثابت مانده است (یعنی تنها تا 1.87% کاهش یافته است).

4.نتیجه‌گیری