ساخت و مشخصه‌يابي نانوژنراتور انعطاف‌پذير با استفاده از پديده الكترووتينگ معكوس

Fabrication and characterization of a flexible nanogenerator using reverse electrowetting concept

برداشت انرژي‌هاي تلف‌شونده محيطي، به‌منظور تغذيه سنسورها و مدارها درشبكه‌هاي بي‌سيم مورد توجه بسياري از محققان قرار دارد. كار حاضر به طراحي و ساخت نوعي برداشت‌كننده انرژي براي توليد انرژي الكتريكي به روش الكترووتينگ معكوس مي‌پردازد. عملكرد اين نانوژنراتور در اثر حركات مكانيكي با فركانس‌هاي متفاوت در مقادير مختلفي از ولتاژ باياس و بار خارجي اندازه‌گيري و مورد مطالعه قرار گرفته است. براي ساخت نانوژنراتور از آب مقطر بعنوان مايع دوقطبي محصور بين دو الكترود استفاده شد. پليمر پلي دي متيل سيلوكسان كه داراي آب‌گريزي و انعطاف‌پذيري خيلي خوبي مي‌باشد، بعنوان لايه دي‌الكتريك در نظر گرفته شد. نشان داده شده است كه افزايش فركانس نيروي اعمالي تا حدي مي‌تواند باعث افزايش جريان و توان خروجي شود كه خازن به‌طور كامل تخليه نشود. ملاحظه مي‌گردد كه توان خروجي با افزايش مقاومت بار خارجي زياد مي‌شود. اين رفتار تا جايي ادامه مي‌يابد كه مقدار بار با مقاومت دروني نانوژنراتور برابر بوده و امپدانس سازگار اتفاق بيفتد. نتايح نشان مي دهد كه نانوژنراتور ساخته شده قادر به توليد چگالي توان 1/08 وات بر متر مربع از نوسانات مكانيكي با فركانس يك هرتز با استفاده ازقطره آب به حجم يك ميكروليتري محصور شده در ميان صفحات خازني و باردار شده با ولتاژ 7 ولت مي‌باشد.

Many researchers are interested in powering sensors and electrical circuits in wireless networks through energy harvesting from environmental waste energies. In this study, a flexible nanogenerator is designed and fabricated based on the reverse electrowetting concept. The performance of the nanogenerator has been investigated in different conditions including various bias voltage, different excitation frequency, and several external loads. The nanogenerator comprises of water droplets, as a strong dipole fluid, and two dielectric layers; polymethylsiloxane polymer. The latter has good hydrophobicity and flexibility. These two dielectric layers are formed on the surface of copper electrodes by using a spin coater. It is shown that increasing the excitation frequency augments the generated power to some extent that the capacitor is not fully discharged. The nanogenerator power output increases with the external load up to equality between the external load and the nanogenerator's internal resistance. The results show that the fabricated nanogenerator can generate a power density equal to 1.08 W/m2 using 1 ml water droplet, 7V bias voltage, and an excitation frequency of 1 Hz.