Piezoelektrik aerojel malzemelerin üretimi, enerji hasadında verimliliğin artırılması

Bu çalışmada, piezoelektrik özelliklere sahip aerojel kompozit malzemelerin sentezi gerçekleştirilmiş ve bu malzemelerin enerji hasadı uygulamalarındaki performansları detaylı bir şekilde incelendi. Araştırma kapsamında, polivinil alkol (PVA)temelli olmak üzere orta iletken ve termal dayanımlı polibenzimidazol (PBI) ve piezoseramik malzeme(baryum kalsiyum titanat zirkonat (BCZT) ve çinko oksit (ZnO)) katkılı kompozit aerojeller hazırlandı. Elde edilen piezoaerojel, kritik karbondioksit kurutma yöntemi ile 50 bar ve 120 °C'de kurutularak ve üç boyutlu makro gözenekli yapıların korunması sağlandı. Kompozit aerojellerin yüzey morfolojik özellikleri ve makro gözeneklilik dağılım grafiği FESEM ile analiz edilmiştir. Elde edilen piezoaerojel örneklerine 60 °C'de presleme işlemi uygulanarak enerji hasadı artırılmıştır. Aerojellerin yapısal özelliklerinin incelenmesi amacıyla gerçekleştirilen FTIR ve TGA analizleri sonucunda, PBI katkısının termal dayanımı artırdığı ve her üç aerojelin de yaklaşık 480 °C sıcaklıkta tamamen bozunduğu belirlendi. Malzemeye uygulanan mekanik darbeler sonucunda oluşan çıkış gerilimleri osiloskop aracılığıyla kaydedilmiş ve analiz edilmiştir. Çalışma sonuçlarına göre, BCZT ve ZnO katkılarının %1–%3 aralığın dakullanılmasıyla piezoelektrik performansta anlamlı bir artış gözlendi. 2 cm² yüzey alanına sahip numunelerde, parmak basıncıyla uygulanan kuvvet sonucunda maksimum 19.0 V çıkış gerilimi elde edildi. Ayrıca, Two-prob yöntemiyle yapılan ölçümlerle piezoaerojelin ürettiği çıkış güç yoğunluğu ve akım değeri belirlendi. Maksimum çıkış gücü 0.95 mm kalınlıktaki piezoaerojel malzeme için 1,280x10-3 W olarak ölçülmüştür. En yüksek çıkış gücünün%3 BCZT katkılı numuneye ait olduğu görüldü.