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: Bilim ve Teknoloji, Enerji, Science and Technology, Energy
- 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: 119
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
- Quantum dot-polymer interactions in contact electrification of common polymers
Dokunma ile elektriklenmede kuantum noktaları-polimer etkileşimleri
GÖRKEM EYLÜL KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLGE BAYTEKİN
- 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
Enerjiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HASAN TARIK BAYTEKİN
DR. MEHMET BAYINDIR
- Tekstil esaslı triboelektrik nanojeneratörlerin (T-TENG) analizi
Analysis of textile based triboelectric nanogenerators (T-TENG)
NİLAY CAN GÜLGÖNÜL
Doktora
Türkçe
2024
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiTekirdağ Namık Kemal ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİKMET ZİYA ÖZEK
PROF. DR. DERMAN VATANSEVER BAYRAMOL
- Triboelektrik nanogeneratörlerde enerji yoğunluğunu artırmak için dielektrik boyut optimizasyonu
Optimisation of dielectric size to increase energy density in triboelectric nanogenerators
ÖMER DİRİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBingöl ÜniversitesiYenilenebilir Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDULKERİM KARABİBER
- A high voltage triboelectric energy harvesting system utilizing parallel-SSHI rectifier and DC-DC converters for sub-5 Hz motions
5 Hz altı hareketler için paralel-SSHI doğrultucu ve DC-DC çeviriciler kullanan yüksek gerilim triboelektrik enerji̇ hasatlama sistemi
İSMAİL KARA
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞENOL MUTLU
DOÇ. DR. HAKAN DOĞAN