پروژه 24

مقاله بررسی لایه‌های کربنی الماس مانند به عنوان یک ماده دی الکتریک امیدوارکننده برای نانو ژنراتور تریبوالکتریک

فرمت : PDF

زبان لاتین

چکیده:

نکات برجسته ویژگی‌های تریبوالکتریک برتر فیلم DLC با موفقیت نشان‌داده شده‌است. لایه‌های DLC فوق نازک را می‌توان با خواص تریبولوژیکی، مکانیکی و دی‌الکتریک عالی بدست آورد. ترکیب DLC به عنوان ماده دی‌الکتریک، به طور قابل‌توجهی دوام ساختار لغزشی را افزایش می‌دهد. DLC ساده‌سازی tenG را به دلیل نقش دوگانه آن به عنوان triboالکتریک و یک سطح ضد اصطکاک ترجیح می‌دهد. سیستم‌های الکترونیکی مدرن هوشمندتر و جمع و جور هستند، در عین حال در سرعت‌های بالاتر بسیار کارآمد هستند. این سیستم‌ها تنها به کم‌ترین میزان قدرت نیاز دارند که در واقع فن‌آوری‌های جدید را تشویق به پاک‌سازی انرژی از محیط اطراف کرده‌است. یکی از این ابزارها نانو ژنراتور تریبوالکتریک است که یک فن‌آوری مقرون‌به‌صرفه، قابل‌اعتماد و کارآمد را برای برداشت انرژی مکانیکی طبیعی نشان داده‌است. با این حال، دوام و پایداری tenG یک ویژگی مهم برای بازدهی خروجی بالا در یک نرخ ثابت است و به شدت به ویژگی‌های اصطکاکی مواد تری بوالکتریک بستگی دارد. در نوع اول، یک بررسی دقیق در مورد توانایی فیلم کربن الماس مانند (DLC)به عنوان یک ماده تری بوالکتریک بالقوه برای کاربردهای باند انجام شده‌است. فیلم DLC با استفاده از روش کاشت یون مبتنی بر پلاسما و رسوب، بر روی زیرلایه (الکترود)یک تمایل مبتنی بر جداسازی تماسی (CS - tenG)رسوب داده شد. ارزیابی عملکرد tenG شامل پلیمر فیلم DLC به عنوان جفت تری بوالکتریک نتایج بسیار جالبی را نشان داد. DLC هیدروژنه شده (H - DLC)و PTFE (پلی تترافلورو اتیلن)مبتنی بر تمایل، بالاترین خروجی را با پیک جریان ۳.۵ μA و چگالی توان تا ۵۷ mW / m۲ نسبت به دیگر جفت دی‌الکتریک متداول مانند Al - PTFE، پلی ایمید (کاپتون ®)- PTFE و کاپتون - Al تولید کردند. علاوه بر این، فیلم DLC دوپ شده با فلویور (F - DLC)یک خروجی متوسط با کاپتون و PTFE تولید کرد که مزایای آن را برای کاربردهای tenG نشان می‌دهد. در ارزیابی دوام، DLC نشست چرخشی، استحکام عالی را با تولید جریان خروجی پایدار به مدت ۳ ساعت در ضریب اصطکاک کاهش‌یافته نشان داد. این مطالعه به عنوان آغازی قابل‌توجه به سمت درک رفتار تری بوالکتریک فیلم‌های DLC از دیدگاه TG ها عمل می‌کند و می‌تواند به طور قابل‌توجهی در طراحی یک تصویر بسیار بادوام، مقرون‌به‌صرفه، با اصطکاک کم و موثر مشارکت داشته باشد.

The superior triboelectric properties of DLC film is successfully demonstrated.•Ultrathin DLC films could be achieved with excellent tribological, mechanical and dielectric properties.•Incorporating DLC as dielectric material significantly enhances the durability of the sliding-TENG.•DLC favors design simplification of TENG by virtue of its dual role as triboelectric and an anti-friction surface.AbstractModern electronic systems are smarter and compact, yet highly efficient at greater speeds. These systems require just a minimal amount of power which have indeed encouraged new technologies to scavenge energy from the surrounding environment. Triboelectric nanogenerator (TENG) is one such device which has demonstrated a cost-effective, reliable and efficient technology for harvesting natural mechanical energy. However, the durability and stability of TENG is a critical attribute for the high output efficiency at a consistent rate and strongly depends on the frictional characteristics of triboelectric materials. In the first of its kind, a detailed investigation is done on the ability of diamond-like carbon (DLC) film to be a potential triboelectric material for TENG applications. DLC film was deposited on the substrate (electrode) of a contact-separation based TENG (CS-TENG) using plasma-based ion implantation and deposition (PBII&D) technique. The performance evaluation of TENG consisting of DLC film - polymer as the triboelectric pairs revealed some very interesting results. Hydrogenated DLC (H-DLC) and PTFE (Polytetrafluoroethylene) based TENG produced the highest output with a peak current of 3.5 μA and a power density of up to 57 mW/m2 over other conventional dielectric pairs like Al-PTFE, Polyimide (Kapton®)-PTFE, and Kapton-Al. Furthermore, fluorine doped DLC (F-DLC) film produced a moderate output with Kapton, and PTFE, indicating its benefits for TENG applications. In the durability assessment, the DLC deposited rotary sliding-TENG exhibited excellent durability by producing a stable output current for 3 h at a reduced friction coefficient. This study serves as a noteworthy beginning towards the understanding of the triboelectric behavior of DLC films from TENGs perspective and could significantly contribute to designing of a highly durable, cost-effective, low friction and efficient sliding-TENG.