CC BY
16УДК 67.5
Висханов С.С.
Научный сотрудник НИЦКП «Нанотехнологии и наноматериалы»
Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М. Д. Миллионщикова (Россия, г. Грозный)
Гайбатыров А-М.А.
Студент кафедры «Сети связи и системы коммутации»
Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М. Д. Миллионщикова (Россия, г. Грозный)
РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ОБОЛОЧКИ ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАНОГЕНЕРАТОРА
Аннотация: в данной статье проведена разработка и эксперементальное исследование материала для оболочки трибоэлектрического наногенератора. Путем исследований разработан материал и путём эксперементов показаны выходные характеристики при использовании в наногенераторе.
Ключевые слова: энергия, электрический заряд, трибоэлектричество, наногенератор.
В последние десятилетия одним из перспективных направлений в науке являются - альтернативные источники энергии. К таким направлениям относятся разработка наногенераторов, которые благодаря своим уникальным и новым свойствам находят широкое применение в общественной жизни. Одним из таких наногенераторов являются наногенераторы на основе
трибоэлектрического эффекта. Благодаря использованию низкозатратных и экологичных материалов с повышенной эластичностью позволяет улучшать свойства наногенераторов.
Оболочка состоит из диэлектрического силиконового материала -полидиметилсилоксана, который придаст необходимые наногенератору упругие и пластичные своиства.
Полидиметилсилоксан или ПДМС — это особое химическое соединение, так называемый линейный полимер диметилсилоксана. Длина цепи полимера может быть различной, следовательно, полимер может иметь различные физические свойства. (рис. 1 )
Рис. 1. Структура полидиметилсилоксана
Среди многих применимых трибоэлектрических
материалов полидиметилсилоксан (ПДМС) считается исключительным материалом для наногенератора из-за его хорошей механической прочности, высокой гибкости, высокой оптической прозрачности и отличной электронной отрицательности.
Однако, изготовление высокопроизводительных наногенероторов на основе неорганических материалов / композита ПДМС имеет несколько проблем, таких как низкая плотность мощности, плохая гибкость и низкая плотность трибоэлектрического заряда на поверхности.
Разработка новых неорганических материалов / композита ПДМС для получения наногенератора с высокой выходной мощностью очень желательна для их широкого использования в жизнеспособных приложениях, например, в датчиках и в устройствах питания в повсеместной среде Интернета вещей.
Среди многих новых неорганических материалов теллурид никеля (МТе 2 ) считается многообещающим совместным трибоэлектрическим материалом с ПДМС из-за его хорошей проводимости, высокой химической стабильности, хорошей механической прочности и простоты синтеза. Кроме того, высокопроводящий МТе 2 может эффективно снизить внутреннее сопротивление ПДМС, тем самым дополнительно улучшая выходные характеристики наногенератора на основе ПДМС; благодаря своим уникальным морфологическим преимуществам, могут обеспечивать более высокое соотношение сторон, большая площадь поверхности, больше участков сбора энергии и более высокая скорость передачи заряда по сравнению со многими другими форм-факторами, можно рассматривать как многообещающую платформу для создания высокоэффективных устройств сбора энергии.
Использования теллурида никеля в качестве активного сопотрибоэлектрического материала для ПДМС позволяет обеспечить высокие производительные характеристики наногенераторов.
Кроме того, применение теллурида никеля при изготовлении трибоэлектрического материала с ПДМС позволяет повышать выходных характеристик наногенератора на основе ПДМС. В данной работе представлены систематические исследованитя трибоэлектрических характеристик с точки зрения массового отношения теллурида никеля к ПДМС, размера устройства, толщины ПДМС, а также температурной зависимости их выходных характеристикОптимизированные блоки наногенератора ПДМС / 5% МТе 2 N6 обеспечили выдающееся размах выходного напряжения ( V рру ) и удельную плотность тока ( I рреа ) ~ 197 В и ~ 9,6 мкА см ^соответственно, что значительно выше, чем у наногенераторов, содержащих только ПДМС. После
повторяющихся испытаний на под изгиб разными углами блоки наногенератора из ПДМС / NiTe 2 NB по-прежнему демонстрируют высокую производительность. Кроме того, когда наногенератор из ПДМС / NiTe 2 NB подвергались термообработке при различных температурах (от 25 ° C до 80 ° C), не наблюдалось заметного ухудшения выходных характеристик, что указывает на то, что наногенераторы из ПДМС / NiTe 2 NB были очень стабильны при высоких температурах. Более того, при использовании с NiTe 2 NB наногенератор с размером 3 см х 3 см может мгновенно запитать 113 светодиодов (LED). Данные результаты показывают, что NiTe 2 NB представляет собой отличный материал с ПДМС для получения высокопроизводительных наногенераторов на основе ПДМС.
Кроме того, для оценки гибкости свежеприготовленного устройства ПДМС/5% NiTe2 NB многократно изгибали более 1000 раз под разными углами от 0° до 180°, никаких заметных изменений в морфологии NiTe2 NB после повторных испытаний на изгиб не наблюдалось, что указывает на хорошую структурную стабильность. Эксперементально исследуем ПДМС /5% NiTe2 NB разных размеров, включая 1 см х 1 см, 2 см х 2 см и 3 см х 3 см, чтобы исследовать корреляцию между выходной производительностью устройства и его размером.
Таблица 4. Выходные данные, полученные
при исследовании пластин разных размеров
Размер образца Выходное напряжение, В Удельная плотность тока, мкА
1 см х 1 см 99 5
2 см х 2 см 187 9,7
3 см х 3 см 304 15
Все испытуемые устройства были измерены в одинаковых условиях (вертикальная сила 5 Н при частоте 3 Гц). С увеличением размера устройства увеличиваются как размах выходного напряжения, так и ток. Для устройства размером 3 см х 3 см были получены выходное напряжение и плотность тока ~304В и 15 мкА соответственно.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Электротехника и электроника: иллюстрированное учебное пособие / Под ред. Бутырина П.А.. - М.: Academia, 2018.
Электротехника и электроника / Под ред. Петленко Б.И.. - М.: Academia, 2017. Гололобов, В.Н. Электроника для любознательных / В.Н. Гололобов. - СПб.: Наука и техника, 2018.
Григорьев, А.Д. Микроволновая электроника: Учебник / А.Д. Григорьев, В.А. Иванов, С.И. Молоковский. - СПб.: Лань, 2016.
Гусев, В.Г. Электроника и микропроцессорная техника (для бакалавров) / В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. - М.: КноРус, 2015.
Viskhanov S.S.
Research Fellow, National Research Center for Public Use «Nanotechnologies and Nanomaterials» Grozny State Oil Technical University named after Academician M. D.
Millionshchikov (Russia, Grozny)
Gaybatyrov A-M.A.
Student of the Department of «Communication networks and switching systems» Grozny State Oil Technical University named after Academician M. D.
Millionshchikov (Russia, Grozny)
DEVELOPMENT & EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF PROPERTIES OF SHELL OF TRIBOELECTRIC NANOGENERATOR
Abstract: in this article, the development and experimental study of the material for the shell of a triboelectric nanogenerator was carried out. Through research, a material was developed and, through experiments, output characteristics were shown when used in a nanogenerator
Keywords: energy, electric charge, triboelectricity, nanogenerator.
