Termoplastik keçe esaslı triboelektrik nanojeneratörlerin çıktı performanslarının incelenmesi
Investigation of the output performances of thermoplastic veil- based triboelectric nanogenerators
- Tez No: 766872
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ADEM YAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Termoplastik keçe, silikon, triboelektrik nanojeneratörler, enerji üretimi, elektrostatik indüksiyon
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bingöl Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekanik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 58
Özet
Triboelektrik nanojeneratör (TENG), yaygın olan mekanik hareketleri toplayarak elektrik enerjisine dönüştüren bir cihazdır. Günümüzde, TENG'lerin enerji verimliliği düşüktür bu nedenle kendi kendine çalışan elektronik cihazları çalıştırmak için kullanılmamaktadır. Elektronik cihazlarda enerji kaynağı olarak kullanılması için TENG'in güç performansının iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu nedenle, enerji verimliliği, daha yüksek elektrik şarj kapasitesine sahip yeni dielektrik malzemeler kullanılarak artırılabilir. Bu amaçla, bu çalışmada tribo-katmanlar olarak % 2,5 Al katkılı silikon ve termoplastik keçeler (Poliimid (PI), Polifenilen Sülfit (PPS), Polietereterketon (PEEK), Polieterimid (PEI) ve Poliimid bağlayıcı ince cam (GP)) kullanılarak TENG üretilmiştir. Üretilen bu TENG biyomekanik enerji üretimi için uygun bir dikey temas ayırma modu kullanılarak tasarlanmıştır. Termoplastik keçelerin yüzey morfolojisi için taramalı elektron mikroskobu (SEM), profilometre ve optik mikroskop kullanılmıştır. Termoplastik keçeler (GP, PEEK, PEI, PI ve PPS) kullanılarak üretilen TENG'lerin çıkış güçleri, voltajları ve akımları ölçüldü. İlk olarak tek katman termoplastik keçeler (GP, PEEK, PEI, PI ve PPS) elektriksel ölçümleri yapıldı. Yapılan ölçümlere göre en iyi güç çıktısını veren malzemenin PEEK olduğu belirlendi. PEEK kullanılarak üretilen TENG'in maksimum çıkış gücü 37.48 mW olarak hesaplanmıştır. İkinci olarak TENG'lerin çıkış gücünü iyileştirmek için termoplastik keçelerin (GP, PEEK, PEI, PI ve PPS) katman sayısı arttırılarak elektriksel ölçümleri yapılmıştır. Yapılan çalışmada GP, PEEK, PEI, PI ve PPS termoplastik keçeleri için optimize katman sayıları sırasıyla 2, 2, 6, 5 ve 2 olarak belirlenmiştir. Bu termoplastik keçeler arasında iyi elektriksel çıkış performansı sergileyen PEI termoplastik keçesi olduğu belirlenmiştir. PEI termoplastik keçesinin anlık voltajları tek katmanda 446 V iken 6 kat katmanda 500 V olarak ölçülmüştür. Yani PEI termoplastik keçesinin katman sayısı arttırılarak PEI termoplastik keçesinin anlık voltajı %12,1 kat arttırılmıştır. Son olarak katman optimizasyonu yapılan termoplastik keçeler (GP, PEEK, PEI, PI ve PPS) için çok hücreli TENG fabrikasyonu yapıldı. Çok hücreli TENG tasarımında tüm termoplastik keçeler (GP, PEEK, PEI, PI ve PPS) anlık voltaj sabit kalırken kapasite geriliminin arttığı gözlemlenmiştir. Yapılan ölçümlere bakıldığında katman sayısındaki artış ve çok hücreli TENG kullanımının TENG'in çıktı performanslarında önemli bir katkısı olduğu söylenebilir.
Özet (Çeviri)
Triboelectric nanogenerator (TENG) generates electricity by collecting common mechanical movements.It is a device that converts energy. Nowadays, TENGs have low energy efficiency and are therefore not used to power self-powered electronic devices. To be employed as an energy source in electronic equipment, TENG's power performance needs to be enhanced. Therefore, by utilizing novel dielectric materials with greater electrical charging capacity, energy efficiency can be raised. For this purpose, in this study, TENG was fabriceted by using 2.5% Al added silicon and thermoplastic veils Polyimide (PI), Polyphenylene Sulphite (PPS), Polyetheretherketone (PEEK), Polyetherimide (PEI) and Polyimide binder thin glass (GP)) as tribo-layers. This TENG fabricted was designed using a vertical contact separation mode suitable for biomechanical power generation. Scanning electron microscope (SEM), profilometer and optical microscope were exploited for the surface morphology of thermoplastic veils. Output powers, voltages and currents of TENGs fabricated using thermoplastic veils (GP, PEEK, PEI, PI and PPS) were successfully measured. First, electrical measurements of single layer thermoplastic veils (GP, PEEK, PEI, PI and PPS) were carried out. According to the achieved measurements, it was determined that the material that gave the best power output was PEEK. Secondly, to enhance the output power of TENGs, electrical measurements of thermoplastic veils (GP, PEEK, PEI, PI and PPS) were achieved by increasing the layer. In the study, optimized layer for GP, PEEK, PEI, PI and PPS thermoplastic veils were determined as 2, 2, 6, 5 and 2 layers, respectively. The instantaneous voltages of the PEI thermoplastic veil were measured as 446 V in a single layer and 500 V in 6 layers. In other words, by increasing the layers of the PEI thermoplastic veil, the instantaneous voltage of the PEI thermoplastic veil was increased by 12.1%. Finally, multi-cell TENG fabrication was performed for layer optimized thermoplastic veils (GP, PEEK, PEI, PI and PPS). In the multi-cell TENG design, it was observed that the capacitance voltage increased while the instantaneous voltage remained constant for all thermoplastic veils (GP, PEEK, PEI, PI and PPS). Based on the measurements, it is possible to conclude that increasing the number of layers and using multi-cell TENG have a significant influence on TENG output performance. Keyword: Thermoplastic veil, silicon, triboelectric nanogenerators, energy harvesting, electrostatic induction.
Benzer Tezler
- Yüzey ve boya işlemi uygulanan doğal liflerle güçlendirilmiş epoksi esaslı kompozitler: Özelliklerinin belirlenmesi ve endüstri ürünleri tasarımında uygulanması
Epoxy based composites reinforced natural fibres with surface and paint treatment: Characterisation and application in industrial products design
MUSTAFA KADİR YALMAN
Doktora
Türkçe
2024
Endüstri Ürünleri TasarımıKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiOrman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATİH MENGELOĞLU
- Termoplastik keçe katmanın karbon kumaş-cam kumaş/ epoksi kompozitlerde mekanik özelliklerine ve dinamik davranışlarına etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of thermoplastic veil layer on mechanical properties and dynamic behavior in carbon fabric-glass fabric/epoxy composites
YAVUZ SELİM TARİH
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER GÜNDOĞDU
DOÇ. DR. ADEM YAR
- Static and dynamic behavior of polymer based biocomposites
Polimer bazlı biyokompozitlerin statik ve dinamik davranışı
ATABERK BAYSAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PAŞA YAYLA
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
- Poliüretandan yapılmış dönel sızdırmazlık elemanlarının sürtünme karakteristiğine radyal ön gerilmenin etkisi
Effects of the radial force on frictional characteristics of polyurethane rotary shaft seals
DİLEK BULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. VEDAT TEMİZ
- Radyal dudaklı keçelerde keçe dudağı geometrisinin sızdırmazlık performansına etkisinin sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve deneysel incelenmesi
Numerical investigation and experimental verification of effect of the radial lip seal geometry on sealing performance
GÖRKEM TOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. VEDAT TEMİZ