شماره 53-زمستان 1397
شماره 54- بهار 1398
فهرست

اصطکاک: اتلاف یا تولید انرژی؟- معرفی نانوژنراتوهای تریبوالکتریک

نشریه: تابستان 1399 - مقاله 6   صفحات :   تا 



مولفین:
فائزه اژه ای: دانشگاه صنعتی شریف - پژوهشکده علوم و فناوری نانو
راحله محمدپور: دانشگاه صنعتی شریف - پژوهشکده نانو
پژمان ساسانپور: دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی - گروه مهندسی و فیزیک پزشکی
امید اخوان: دانشگاه شریف - دانشکده فیزیک
محمدعلی شکرگزار: انستیتو پاستور ایران - خش بانک سلولی


چکیده مقاله:

با ورود تجهیزات الکترونیکی قابل حمل به زندگی روزمره‎ی انسان‌ها، نیاز به منابع انرژی کم‎حجم و در دسترس به شدت گسترش یافته است. نانوژنراتورهای تریبوالکتریک این قابلیت را دارند که با بهره‌گیری از تجمع بارهای الکترواستاتیک ناشی از اصطکاک، انرژی الکتریکی مورد نیاز برای راه‌اندازی بسیاری از ادوات الکترونیکی را تامین کنند. هنگامی که دو سطح با اعمال نیروی مکانیکی با یکدیگر اتصال می‌یابند، بار تریبوالکتریک روی آن‌ها ایجاد می‌شود. با جدا شدن دو سطح از یکدیگر، بارهای موجود روی سطوح یک اختلاف پتانسیل ایجاد می‌کنند که می‌تواند باعث تولید جریان الکتریکی گردد. از زمان اختراع نانوژنراتورهای تریبوالکتریک در سال 2012، پیشرفت‌های گسترده‌ای در زمینه‌ی طراحی و به کارگیری مواد گوناگون صورت گرفته که باعث بهبود میزان توان خروجی تا بیش از W/m2 2600 شده است. امروزه، نانوژنراتورهای تریبوالکتریک در زمینه های بسیار متنوعی از جمله حسگرهای خودمولد، صفحات لمسی و پوست الکترونیکی مورد توجه قرار گرفته‌اند. برای این منظور، صورت‌های مختلفی از انرژی مکانیکی در محیط قابلیت تبدیل به انرژی الکتریکی را حاصل کرده‌اند که از آن جمله می‎توان به حرکت‌های طبیعی بدن انسان، ارتعاشات ناشی از صوت و جریان آب اشاره کرد. در این پژوهش پس از معرفی خاصیت تریبوالکتریک و نحوه‌ی عملکرد نانوژنراتوهای تریبوالکتریک، به خلاصه‌ای از کاربردهای این منابع پاک و کم‌هزینه‌ی انرژی پرداخته شده است.


Article's English abstract:

As the portable electronics are entering the daily life of human beings, the necessity of available tiny power sources seems more essential than ever. Triboelectric nanogenerators TENGs generate electrical power by utilizing the accumulation of electrostatic charges caused by friction. Triboelectric charges are produced on the surface of two dissimilar materials, when they are brought into physical contact. When the surfaces are separated by a mechanical force, the induced charges cause a potential drop, which can lead to generate an electrical current. Since their invention in 2012, TENGs have shown a rapid development in diversity of structure and amount of output power more than the quantity of 2600 W/m2. Today, TENGs are applied in a vast range of applications, such as self-powered sensors, touch pads, and electronic skins. Various kinds of mechanical force can be used for producing electrical energy, like human motion, vibration, flowing water, etc. In this paper, the fundamentals of the TENGs are introduced by reviewing the triboelectric effect and the performance of TENGs, following by their applications in different fields of science and technology.


کلید واژگان:
نانوژنراتور تریبوالکتریک، اصطکاک، انرژی مکانیکی، انرژی الکتریکی، خودمولد

English Keywords:
triboelectric nanogenerator, friction, mechanical energy, electrical energy, self-powered

منابع:
ندارد

English References:
[1] Z. L. Wang, J. Song, Science, 312, 242-246 (2006). [2] Z. L. Wang, ACS Nano, 7, 9533–9557 (2013). [3] Z. L. Wang, L. Lin, J. Chen, S. Niu, Y. Zi, Springer, ISBN: 978-3-319-40039-6 (2016). [4] Z. L. Wang, A. C. Wang, Mater. Today, 30, 34-51 (2019). [5] M. Han, X. Zhang, H. Zhang, Wiley, ISBN: 978-3-527-82014-6 (2019). [6] G. Zhu, C. Pan, W. Guo, C. Chen, Y. Zhou, R. Yu Z. L. Wang, Nano Lett., 12, 4960?4965 (2012). [7] Q. Shia, T. He, C. Lee, Nano Energy, 57, 851–871 (2019). [8] C. Wu, A. C. Wang, W. Ding, H. Guo, Z. L. Wang, Adv. Energy Mater., 9, 1802906 (2019). [9] S. Wang, L. Lin, Z. L. Wang, Nano Energy, 11, 436–462 (2015). [10] L. Lin, Y. Xie, S. Wang, W. Wu, S. Niu, X. Wen, Z. L. Wang, ACS Nano, 7, 8266–8274 (2013). [11] G. Zhu, W. Q. Yang, T. Zhang, Q. Jing, J. Chen, Y. S. Zhou, P. Bai, Z. L. Wang, Nano Lett., 14(6) 3208–3213 (2014). [12] Y. T. Jao, P. K. Yang, C. M. Chiu, Y. J. Lin, S. W. Chen, D. Choid, Z. H. Lin, Nano Energy, 50, 513–520 (2018). [13] F. Ejehi, R. Mohammadpour, E. Asadian, P. Sasanpour, S. Fardindoost, O. Akhavan, Sci. Rep., 10, 7312 (2020). [14] X. Xue, Y. Fu, Q. Wang, L. Xing, Y. Zhang, Adv. Funct. Mater., 26, 3128–3138 (2016). [15] S.H. Shin, Y. Kwon, Y.H. Kim, J.Y. Jung, J. Nah, Nanomaterials 6, 186 (2016). [16] A.S.M.I. Uddin, U. Yaqoob, G.S. Chung, ACS Appl. Mater. Interfaces, 8, 30079–30089 (2016) . [17] S. Cui, Y. Zheng, T. Zhang, D. Wang, F. Zhou, W. Liu, Nano Energy, 49, 31–39 (2018) . [18] Z. Wen, J. Fu, L. Han, Y. Liu, M. Peng, L. Zheng, L. Zhu, X. Sun Y. Zi, J. Mater. Chem. C, 6, 11893(2018). [19] L. Su, Z. X. Zhao, H. Y. Li, J. Yuan, Z. L. Wang, G. Z. Cao, G. Zhu, ACS Nano, 9(11), 11310–11316 (2019). [20] R. Mohammadpour, Adv. Eng. Mater., 20, 1700767 (2017). [21] Z. H. Lin G. Zhu, Y. S. Zhou, Y. Yang, P. Bai, J. Chen, Z. L. Wang, Z. L. Angew. Chem. Int. Ed., 52, 5065–5069 (2013). [22] H. Feng, C. Zhao, P. Tan, R. Liu, X. Chen, Z. Li, Adv. Healthcare Mater., 7, 1701298 (2018). [23] Q. Zheng, B. Shi, F. Fan, X. Wang, L. Yan, W. Yuan, S. Wang, H. Liu, Z. Li, Adv. Mater., 26, 5851-5856 (2014). [24] H. Ouyang, J. Tian, G. Sun, Y. Zou, Z. Liu, H. Li, L. Zhao, B. Shi, Y. Fan, Y. Fan, Z. L. Wang, Z. Li, Adv. Mater., 29, 1703456 (2017). [25] S. Lee, H. Wang, Q. Shi, L. Dhakar, J. Wang, N. V. Thakor, S. C. Yen, C. Lee, Nano Energy, 33, 1-11 (2017). [26] W. Guo, X. Zhang, X. Yu, S. Wang, J. Qiu, W. Tang, L. Li, H. Liu, Z. L. Wang, ACS Nano, 10(5), 5086-5095 (2016). [27] J. Tian, H. Feng, L. Yan, M. Yu, H. Ouyang, H. Li, W. Jiang, Y. Jin, G. Zhu, Z. Li, Nano Energy, 36, 241-249 (2017). [28] H. Zhang, Y. Yang, T. C. Hou, Y. Su, C. Hu, Z. L. Wang, 2, 1019-1024 (2013). [29] A. Ahmed, S. L. Zhang, I. Hassan, Z. Saadatni, Y. Zi, J. Zu, Z. L. Wang, Extreme Mech. Lett., 13, 25-35 (2017). [30] J. Chen, H. Guo, J. Zheng, Y. Huang, G. Liu, C. Hu, Z. L. Wang, ACS Nano, 10, 8104?8112 (2016). [31] X. Wang, L Dong, H. Zhang, R. Yu, C. Pan, Z. L. Wang, Adv. Sci., 2, 1500169 (2015). [32] H. Chu, H. Jang, Y. Lee, Y. Chae, J. H. Ahn, Nano Energy, 27, 298–305 (2016). [33] P. Maharjan, R. M. Toyabur, J. Y. Park, Nano Energy, 46, 383-395 (2018). [34] X. Pu, L. Li, H. Song, C. Du, Z. Zhao, C. Jiang, G. Cao, W. Hu, Z. L. Wang, Adv. Mater., 27, 2472–2478 (2015).



فایل مقاله
تعداد بازدید: 278
تعداد دریافت فایل مقاله : 10



طراحی پرتال|طراحی پورتالطراحی پرتال (طراحی پورتال): آرانا نتورک