اصطکاک: اتلاف یا تولید انرژی؟- معرفی نانوژنراتوهای تریبوالکتریک

نویسندگان

1 فائزه اژه ای: دانشگاه صنعتی شریف - پژوهشکده علوم و فناوری نانو

2 دانشگاه صنعتی شریف - پژوهشکده نانو

3 دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی - گروه مهندسی و فیزیک پزشکی

4 دانشگاه شریف - دانشکده فیزیک

5 انستیتو پاستور ایران - خش بانک سلولی

چکیده

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.

کلیدواژه‌ها


[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).