ساخت ابزاری سازگار با شرایط آب و هوایی مختلف برای تولید انرژی از باد، باران و هوای گرم با استفاده از نانوژنراتورهای تریبوالکتریک
Environmental energy harvesting adapting to different weather conditions and self powered vapor sensor based on humidity-responsive triboelectric nanogenerators
بحران انرژی فسیلی و اثرات گازهای گلخانه‌ای به دو چالش بسیار مهم در دنیا مبدل شده‌اند که موجب توجه روز افزون به فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر گشته‌اند. در شش سال گذشته، نانوژنراتورهای برق مالشی یا تریبوالکتریک (Triboelectric nanogenerators) که می‌توانند انرژی را تقریباً از تمام حرکت‌های مکانیکی محیطی جمع آوری و تولید کنند، به صورت گسترده برای پاسخ به نیازهای انرژی در مقیاس‌های وسیع، مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. در مقایسه با سایر فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر، نانوژنراتورهای تریبوالکتریک چندین مزیت دارند که شامل این موارد می‌شود: ساده بودن ساخت، ساده بودن افزایش مقیاس، هزینه پایین، و کاربردپذیری بسیار عالی در منابع با فرکانس پایین؛ در نتیجه این ادوات می‌توانند در بسته‌های قابل حمل، سنسورهای خود-تأمین کننده انرژی و ادوات تولید انرژی زیست محیطی، به کار روند. باد و باران دو منبع متدوال تولید انرژی در محیط زیست هستند، و نانوژنراتورهای تریبوالکتریک در تولید انرژی از این دو منبع با حرکات بی نظم و با فرکانس پایین، کارایی مناسبی دارند. اخیراً، موادی هوشمند شکل پذیری ساخته شده‌اند که می‌توانند در واکنش به محرک‌هایی مانند میدان الکتریکی، حرارت، نور یا رطوبت، نیروی محرکه تولید کنند و بر این اساس میکروربات‌ها، سنسورها، و اکچویترهایی ساخته شده‌اند. با این وجود، هرکدام از این مواد تا کنون برای ساخت ابزاری به کار رفته‌اند که تنها در یک شرایط می‌توانند برای تولید انرژی به کار روند
در ادامه پیشرفت‌های چشمگیر در زمینه نانوژنراتورهای تریبوالکتریک، محققین ابزاری ساخته‌اند که در شرایط مختلف آب و هوایی می‌تواند انرژی تولید کند. در این پژوهش بسیار چشمگیر در زمینه انرژی که در مجله ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شده است، یک ماده هوشمند شکل پذیر با نانوژنراتور تریبوالکتریک همراه شده است تا یک سیستم هوشمند و سازگار با محیط ساخته شود. این دستگاه به رطوبت حساس است و می‌تواند در واکنش به رطوبت‌های مختلف در محیط به صورت خودکار خم شود و به زاویه‌ای مطلوب برسد و در نتیجه می‌تواند به صورت همزمان، از باد و بارش باران، انرژی الکتریکی تولید کند. با استفاده از این ابزار، زمانی که سرعت باد 25 متر در ثانیه است، می‌توان 1.6 وات در متر مربع انرژی تولید کرد و در باران نیز 230 میلی وات در متر مربع انرژی تولید می‌کند. علاوه بر آن، این آرایه بسیار هوشمند در هوای خشک نیز می‌تواند به کار رود و با استفاده از سطحی که نسبت به تابش حرارت و نور خورشید واکنش می‌دهد و تغییر شکل می‌دهد، برق تولید می‌کند.با استفاده از این ترکیب، سنسور بخار نیز با حساسیت بسیار بالا ساخته شده است که می‌تواند نشت بخار شیمیایی و تغییرات رطوبت را تشخیص دهد. این کار بسیار چشمگیر، یک رویکرد بسیار مهم را برای ساخت مواد حساس به رطوبت در زمینه تولید انرژی معرفی می‌کند. برای ساخت این ابزار هوشمند، زیرلایه از جنس PET استفاده شده است و آلومنیوم بر روی یک سوی آن به عنوان الکترود تماسی، قرار گرفته است. سپس لایۀ پروپیلن اتیلن فلوئورینه (FEP) بر روی دیگر زیرلایه قرار می‌گیرد و سپس یک غشای حساس به رطوبت بر روی آن پوشش داده می‌شود.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes-مترس)
