Geri Dön

hBN and BaTiO3 reinforced PVDF-HFP matrix piezoelectric nanocomposites for flexible energy storage and harvesting applications

Esnek enerji depolama ve hasadı uygulamaları için hBN ve BaTiO3 takviyeli PVDF-HFP matrisli piezoelektrik nanokompozitler

PDF İndir

  1. Tez No: 859493
  2. Yazar: LEVENT KÖROĞLU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NURAN AY
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Enerji, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences, Energy
  6. Anahtar Kelimeler: Enerji depolama, Enerji hasadı, Kompozit malzemeler, Piezoelektrik malzemeler, Polimer malzemeler, Energy storage, Energy harvest, Composite materials, Piezoelectric materials, Polymer materials
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Eskişehir Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu doktora tezi, esnek enerji depolama ve enerji hasadı uygulamaları için çeşitli seramik nanopartikülleri ile güçlendirilmiş poli(viniliden florür-ko-hekzafloropropilen) (PVDF-HFP) matris piezoelektrik nanokompozitleri tanıtmaktadır. Hekzagonal bor nitrür (hBN) nanopartiküllerinin (NPs) silan bazlı bir yüzey aktif madde olan viniltrimetoksisilan (VTS) ile yüzey modifikasyonu yoluyla bor nitrür nanotabakaların (BNNSs) oluşumuna dair yeni bir yöntem gösterilmiştir. Ağırlıkça %0-10 oranında hBN NPs ve yüzey modifikasyonlu BNNS (BNNS-VTS)'ler ile ağırlıkça %0-25 oranında baryum titanat (BaTiO3; BT) NPs ve yüzey modifikasyonlu BT (BT-VTS) NPs'ler ile takviye edilmiş PVDF-HFP matris nanokompozitler çözelti dökümü ve eriyik kristalizasyon ile üretilmiştir. Gözenekli %25 BT-VTS/PVDF-HFP nanokompozitleri ilk kez çeşitli faz ayırma yöntemleri ile hazırlanmıştır. BN-BT-BN konfigürasyonunda iki farklı sandviç yapılı nanokompozit, yoğun %4 hBN/PVDF-HFP ve yoğun veya birbirine bağlı gözenekli %25 BT-VTS/PVDF-HFP nanokompozitlerin sıcak preslenmesi ile ilk kez üretilmiştir. Elde edilen bulgulara göre, esnek dielektrik kapasitör olarak çözelti döküm %4 hBN/PVDF-HFP nanokompozitleri, yalıtkan nanokatkıları sayesinde en yüksek enerji depolama performansını (641 MVm-1 dielektrik dayanımı, 23,2 Jcm-3 enerji yoğunluğu, %92 şarj-deşarj enerji verimliliği) sunarak daha önce bildirilen BN takviyeli PVDF esaslı nanokompozitleri aşmıştır. Ayrıca, enerji hasadı performansı 3B gözenekli mikro yapı ile geliştirilmiştir. 22,11 uWcm-3 güç yoğunluğu sunan gözenekli sandviç yapılı %4 hBN/%25 BT-VTS/PVDF-HFP nanokompozitleri, esnek piezoelektrik nanojeneratörler olarak hasat edilmiş biyomekanik enerjiyi veya algılama ve biyo-elektrik stimülasyon için gerekli sinyalleri sağlamak üzere kendi kendine güç sağlayan giyilebilir sensörlerde ve aktüatörlerde kullanılabilir.

Özet (Çeviri)

This PhD dissertation introduces poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVDF-HFP) matrix piezoelectric nanocomposites reinforced with diverse ceramic nanoparticles for flexible energy storage and harvesting applications. A new process route was demonstrated to form boron nitride nanosheets (BNNSs) through the surface modification of hexagonal boron nitride (hBN) nanoparticles (NPs) with vinyltrimethoxysilane (VTS) as a silane coupling agent. PVDF-HFP matrix nanocomposites were produced by solution casting and melt crystallization by reinforcing unmodified hBN NPs and surface modified BNNSs (BNNS-VTSs) by 0-10 wt.% and unmodified barium titanate (BaTiO3; BT) NPs and surface modified BT (BT-VTS) NPs by 0-25 wt.%. Porous 25% BT-VTS/ PVDF-HFP nanocomposites were prepared for the first time using various phase separation methods. Novel sandwich-structured nanocomposites in BN-BT-BN configuration were fabricated by hot-pressing of solid 4% hBN/PVDF-HFP and solid or interconnected porous 25% BT-VTS/PVDF-HFP nanocomposites. All findings indicated that solution casted 4% hBN/PVDF-HFP nanocomposites presented the highest energy storage performance (641 MVm-1 breakdown strength, 23.2 Jcm-3 energy density, 92% energy efficiency) as a flexible dielectric capacitor due to the insulating nanofillers, which exceeds the previously reported BN incorporated PVDF-based nanocomposites. Furthermore, the energy harvesting performance was improved by a 3D porous microstructure. The porous sandwich-structured 4% hBN/25% BT-VTS/PVDF-HFP nanocomposites gave a power density of 22.11 uWcm-3, indicating their potential for use as flexible piezoelectric nanogenerators in self-powered wearable sensors and actuators to supply harvested biomechanical energy or signals for sensing and bio-electric stimulation.

Geri Dön