Triboelectric nanogenerators: Harnessing ocean wave energy and exploring fiber-based applications
Triboelektrik nanojeneratörler: Okyanus dalgasından elektrik enerjisi elde etme ve fiber bazlı uygulamaların araştırılması
- Tez No: 898224
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN, DOÇ. DR. YUSUF KELEŞTEMUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Bilim ve Teknoloji, Energy, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Triboelectric etki 2600 yıldan uzun süredir bilinen bir olgu olup kısa devre sorunları ve statik elektrik hasarı gibi olumsuz sonuçları nedeniyle uzun süre problemli olarak kabul edilmiştir. Ancak, triboelektrik nanojeneratörlerin (TENG'ler) geliştirilmesi bu bakış açısını kökten değiştirmiş ve bu olguyu enerji toplama ve kendi kendine çalışan sensörler için değerli bir araç haline getirmiştir. Özellikle büyüyen Nesnelerin İnterneti (IoT) sektöründe bu değer zamanla daha da artmıştır. Bu anlayıştaki değişim, TENG'lerin özellikle sürekli çalışan stabil enerji kaynağı ihtiyacı olan deniz ortamı ve esnek kendi kendine çalışan sensörler gibi alanlarda yeni kullanım alanlarını açmıştır. Bu tezin ikinci bölümünde, küresel şekilli modifiye edilmiş şamandıra tabanlı bir triboelektrik nanojeneratörün (MBB-TENG) geliştirilmesi ve test edilmesi sunulmuştur. MBB-TENG, poliüretan (PU) köpüğü ve polidimetilsiloksan (PDMS) gibi triboelektrik malzemeler arasındaki temas-ayrımını sağlamak için bir sarkaç mekanizması içermektedir. Bu cihazdan, maksimum 145 V açık devre voltajı (Voc), 8.9 μA kısa devre akımı (Isc) ve 1.1 W/m² güç yoğunluğu elde edilmiştir. Cihaz, 1200 döngü boyunca stabil bir performans sergilemiş ve bu, birden fazla birimin bağlanması durumunda soğutma ve aydınlatma gibi deniz sistemlerini çalıştırma potansiyeline sahip olduğunu göstermiştir. Tezin üçüncü bölümünde, ıslak eğirme yöntemiyle çekirdek-kabuk ipliklerinin üretimi sunulmuştur. Karbon siyahı ve termoplastik poliüretan (TPU) çekirdeğe ve titanyum sülfid (TiS₂) nanoyaprak ve TPU kabuğa sahip bu iplikler, özellikle TiS₂ oksidasyonundan sonra TENG performansında iyileşme göstermiştir. En yüksek güç yoğunluğu olan 5.02 μW/cm², %5 TiO₂ içeriğe sahip ipliklerde gözlemlenmiş olup, 2D malzemelerin TENG verimliliğini artırma potansiyelini vurgulamaktadır. Bu bulgular, çekirdek-kabuk ipliklerin esnek enerji toplama uygulamaları için umut verici adaylar olarak konumlandırmaktadır.
Özet (Çeviri)
Triboelectric effect, known for over 2600 years, was considered problematic due to its consequences, such as short circuits and static electricity damage. However, the development of triboelectric nanogenerators (TENGs) has revolutionized this perspective, transforming it into a tool for energy harvesting and self-powered sensing, especially for the growing Internet-of-Things (IoT) sector. This shift in understanding has opened new possibilities for TENGs, particularly in areas such as marine environment where there is need for a constantly working energy sources, and flexible, self-powered sensors. In the second part of this thesis, the development and testing of a spherical modified buoy-based triboelectric nanogenerator (MBB-TENG) is presented. The MBB-TENG, incorporates a pendulum mechanism for contact-separation between triboelectric materials of polyurethane (PU) foam and polydimethylsiloxane (PDMS). It achieved an open-circuit voltage (Voc) of 145 V, short-circuit current (Isc) of 8.9 μA, and the power density of 1.1 W/m². The device demonstrated stable performance over 1200 cycles, indicating its potential for powering marine systems such as refrigeration and lighting when multiple units are connected. In the third part of this thesis, the fabrication of core-shell fibers via wet-spin method is presented. These fibers, with a carbon black and thermoplastic polyurethane (TPU) core and a titanium sulfide (TiS₂) nanosheet and TPU shell, showed improved TENG performance, particularly after TiS₂ oxidation. The highest power density of 5.02 μW/cm² was observed in fibers with a TiO₂ content of 5 wt.%, highlighting the potential of two-dimensional materials to enhance TENG efficiency. These findings position core-shell fibers as promising candidates for flexible energy-harvesting applications.
Benzer Tezler
- Sustainable energy harvesting: Structural analysis approaches in zeolitic imidazolate framework-based triboelectric nanogenerators
Sürdürülebilir enerji hasadı: Zeolitik imidazolat çerçeve tabanlı triboelektrik nanogeneratörlerde yapısal analiz yaklaşımları
ERDAL KURT
Doktora
İngilizce
2025
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET AYKAÇ
- Thermal drawing of fiber-based hybrid nanogenerators for integrated energy harvesting and sensing
Entegre enerji hasadı ve algılama için ısıl fiber çekme yöntemiyle üretilmiş fiber tabanlı melez nanojeneratörler
SYED ZUBAIR HUSSAIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA ORDU
- Triboelectric nanogenerators: Biomechanical energy harvesting, self powered sensor and wearable applications
Triboelektrik nanojeneratörler: Biyomekanik enerji hasatlama, kendi gücünü sağlayan sensörler ve giyilebilir uygulamalar
AHMET FARUK YAVUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
YRD. DOÇ. DR. HASAN TARIK BAYTEKİN
DR. MEHMET BAYINDIR
- Design and manufacturing of zno nanowire and nanowall structures for energy harvesting via flexible piezoelectric and hybrid nanogenerators in wearable textiles
Giyilebilir tekstillerde esnek piezoelektrik ve hibrit nanojeneratörler ile enerji hasatı için zno nanotel ve nanoduvar yapıların tasarımı ve üretimi
GAMZE YÜKSEL
Doktora
İngilizce
2025
Mühendislik BilimleriEskişehir Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENDER SUVACI
- Termoplastik keçe esaslı triboelektrik nanojeneratörlerin çıktı performanslarının incelenmesi
Investigation of the output performances of thermoplastic veil- based triboelectric nanogenerators
ARYA YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBingöl ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADEM YAR