تهیه و بررسی مبدل پیزوالکتریک بر پایۀ نانوسیم‌های PVDF

نویسندگان

دانشکده مهندسی، دانشگاه کاشان

چکیده

در دهۀ گذشته، مواد پیزوالکتریک برای برداشت انرژی مکانیکی اتلاف‌شده از محیط مورد توجه زیادی قرار گرفته است. پیزوالکتریسیتی اولین بار در کریستال‌های سرامیکی کشف شد. اما پیزوسرامیک‌ها سمی و شکننده هستند، بنابراین مواد پیزوالکتریک مبتنی بر پلیمر به‌دلیل انعطاف‌پذیری و زیست سازگاری عالی آن‌ها توسعه یافته‌اند. در این مقاله نانوسیم‌های پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF) با استفاده از الگوی نانو منافذ اکسید آلومینیوم (AAO) تهیه شده‌اند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای مطالعۀ مورفولوژی نانوسیم‌ها استفاده شده است. نانو ژنراتورهای مبتنی بر نانوسیم‌های PVDF برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی ساخته شده‌اند. برای مشخص کردن عملکرد و کارایی نانو ژنراتورها، دستگاهی در آزمایشگاه تهیه شد که قابلیت ایجاد نیروی ضربه در فرکانس 5 هرتز و نیروی ضربه 20 نیوتن بر مترمربع را داشت. نانو ژنراتورهای توسعه‌یافته در این مطالعه با موفقیت بازده توان خروجی 1% را نشان می‌دهند.

کلیدواژه‌ها


[1] Mari, C., Garcı´,G,´rrez, Amelia Linares, Jaime J. Herna´ndez, Daniel R. Rueda, Tiberio A. Ezquerra, Pedro Poza, and Richard J. Davies. "Confinement-Induced one-dimensional ferroelectric polymer arrays", Nano Lett, Vol. 10, pp.1472–1476, 2010. [2] Zhu, G.A., Yang, R.S., Wang, S.H. and Wang, Z.L., "Flexible high-output nanogenerator based on lateral zno nanowire array", Nano Lett; Vol. 10, No. 8, pp. 3155 – 3151, 2010. [3] Mokhtari, F., Latifi, M. and Shamshirsaz, M,. "Electrospinning/electrospray of polyvinylidene fluoride (PVDF): piezoelectric nanofibers", Vol. 107, No. 8. pp. 1055-1037, 2016. [4] Fukada, E., "History and recent progress in piezoelectric polymers. IEEE trans ultrason ferroelect freq control", Vol. 47, No. 6, pp. 1290-1277, 2000. [5] Xu, J.N., Johnson, M. and Wilkes, G.L., "A tubular film extrusion of poly (vinylidene fluoride): structure/process/property behavior as a function of molecular weight", Polymer., Vol. 45, pp. 27-53, 2004. [6] Branciforti. M.C., Sencadas, V., Lanceros-Mendez, S. and Gregorio, R., "New technique of processing highly oriented poly (vinylidene fluoride) films exclusively in the β phase", J Polym Sci Part B Polym Phys., Vol, 45, pp. 2793, 2007. [7] Jijun, W., Huihui, L., Jichun, L., , Yongxin, D., Shidong, J. and Shouke, Y. "On the α to β transition of carbon-coated highly oriented PVDF ultrathin film induced by melt recrystallization", J. Am. Chem. Soc., , Vol. 125, No. 6, pp. 1496–1497, 2003. [8] Takeshi, H., Masashi, K. and Hiroji, O., "Improved piezoelectricity in thick lamellar β‐form crystals of poly (vinylidene fluoride) crystallized under high pressure", Journal of Applied Physics, Vol. 79, pp. 1996, 2016. [9] Tang, Ch.W., Li, B., Sun, L., Lively, B. and Zhong. W.H., "The effects of nanofillers, stretching and recrystallization on microstructure, phase transformation and dielectric properties in PVDF nanocomposites", ‎Eur Polym J , Vol. 48, No. 6, pp. 1072-1062, 2012. [10] Abolhasani, M.M. and Zarejousheghani, F., "Cheng Z, Naebe M. A facile method to enhance ferroelectric properties in PVDF nanocomposites", RSC Adv, Vol. 5, No. 29, pp. 22479-22471, 2015. [11] Yang, Y., et al. "Flexible piezoelectric pressure sensor based on polydopamine-modified BaTiO3/PVDF composite film for human motion monitoring", Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 301, pp. 111789, 2020. [12]. Dersch, R., Steinhart, M., Boudriot, U.,Greiner, A. and Wendorff, J. H. "Nanoprocessing of polymers: applications in medicine, sensors, catalysis, photonics, Polym", AdV. Technol, Vol. 16, pp. 276, 2005. [13] Chen, J. T., Shin, K., Leiston-Belanger, J. M., Zhang, M. and Russell, T. P. "Amorphous carbon nanotubes with tunable properties via template wetting", AdV. Funct. Mater. Vol. 16, pp. 1476, 2006. [14] Valentina, C., Stefano, S., Katarzyna, B. and Giancarlo, C., "Nanoconfinement: an effective way to enhance PVDF piezoelectric properties", ACS Appl. Mater. Interfaces, Vol. 5, pp. 6430−64, 2013. [15] Cao, G. and Liu, D. Adv. "Template-based synthesis of nanorod, nanowire, and nanotube arrays", Colloid Interface Sci, Vol. 136, pp. 45−64, 2008. [16] Martín, J., et al., "Segmental dynamics of semicrystalline poly (vinylidene fluoride) nanorods", Macromolecules, Vol. 42, No. 14, pp. 5395-5401, 2009. [17] Martín, J., et al. "Relaxations and relaxor-ferroelectric-like response of nanotubularly confined poly (vinylidene fluoride) ", Chemistry of Materials, Vol. 29, pp. 3515-3525, 2017. [18] Whiter, R. A., Vijay N. and Sohini K., "A scalable nanogenerator based on selfpoled piezoelectric polymer nanowires with high energy conversion efficiency", Advanced Energy Materials, Vol. 4, pp. 1400519, 2014. [19] Dicken, J., et al., "Power-extraction circuits for piezoelectric energy harvesters in miniature and low-power applications", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 27, No.11, pp. 4514-4529, 2012. [20] Briscoe, J., et al. "Measurement techniques for piezoelectric nanogenerators", Energy & Environmental Science, Vol.6, pp. 3035-3045, 2013. [21] Jian, F., Xungai, W. and Tong, L., "Electrical power generator from randomly oriented electrospun poly (vinylidene fluoride) nanofibre membranes", J. Mater. Chem., Vol. 21, pp. 11088, 2011.