Nanofiber tabanlı triboelektrik nanogeneratörlerin verimini artırmak için dielektrik katmanların iyileştirilmesi

Elektronik cihazlar modern yaşamda giderek yaygınlaşmakta ve bu nedenle enerjiye olan talep ve yeni alternatif enerji kaynakları arayışı sürekli artmaktadır. Triboelektrik Nanogeneratörler (TENG), mekanik hareketleri elektrostatik prensiplerle elektrik enerjisine dönüştüren ve yakın gelecekte kendi kendine çalışan elektronik cihazlarda kullanım için umut vaat eden enerji dönüştürme teknolojileridir. Günümüzde TENG'lerden elde edilen anlık güç miktarı düşüktür ve günlük hayatta yaygın kullanımları için enerji verimliliklerinin artırılması gerekmektedir. Nanofiber dielektrikler, triboelektrik etkileşimler için daha etkili temas yüzeyleri sağlayan malzemelerdir. Artan etkili yüzey alanı, yük transferini güçlendirir, böylece elektrik enerjisi üretimini geliştirir. Ek olarak, TENG'lerin triboelektrik özellikleri, belirli malzemelerin katkılanmasıyla önemli ölçüde iyileştirilebilir. Nanofiber bazlı dielektrik katmanlarda, katkılama oranları ve malzeme türleri gibi faktörleri ayarlayarak triboelektrik performansını optimize etmek ve daha yüksek enerji dönüşüm verimliliği elde etmek mümkündür. Nanofiberlerin bir diğer önemli avantajı da hafif olmaları ve bu nedenle temas sırasında yük transferini başlatmak için minimum mekanik kuvvet gerektirmeleridir. Bu avantajlar, nanofiber tabanlı TENG'lerin düşük frekanslı titreşimler veya küçük hareketler altında bile verimli çalışmasını sağlar. Bu çalışma, nanofiber tabanlı TENG'lerin verimliliğini artırmak için pozitif dielektrik katmana karpit katkısının rolünü araştırmaktadır. Deneylerde kullanılan TENG'lerde pozitif ve negatif katman olarak sırasıyla, ağırlıkça farklı oranlarda karpit katkılı PVP ve katkısız PAN kullanılmıştır. Katkılı PVP'ler ve PAN elektrospin teknolojisi kullanılarak nanofiberlere dönüştürülmüştür. Üretilen nanofiberlerin SEM ve AFM analizleri yapılmıştır. Triboelektrik özellikleri analiz etmek için değişen karpit katkı oranlarına (%1, %2,5, %5, %7,5 ve %10) sahip PVP'den üretilen TENG'lerin elektriksel ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar göre ağırlıkça %2,5 karpit katkılı PVP nanofiberler kullanılarak üretilen TENG'ler en yüksek güç çıkışını vermektedir. TENG'lerin elektriksel güç çıkışı %2,5 karpit katkı oranına kadar artmakta ve sonrasında kademeli bir şekilde azalmaktadır. Bu çalışmada elde edilen bulgular, artan enerji talebine yönelik sürdürülebilir bir enerji üretim aracı olan TENG'lerin gelişimi için önemli çıkarımlara sahiptir.