ارزیابی کارایی ترایبوالکتریک منسوجات پوشیدنی در تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

ایران، اصفهان 83111-84156، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی نساجی

چکیده

یک روش بسیار جذاب و کاربردی برای مهار انرژی ایجادشده در پارچه، ذخیره آن از طریق ژنراتورهای ترایبوالکتریک است. ذخیره انرژی حرکتی انسان می‌تواند راه امیدوارکننده‌ای برای استفاده از آن در وسایل الکترونیکی پوشیدنی باشد. ازآنجاکه پارچه جزء دائمی و اصلی یک ژنراتور ترایبوالکتریک است، در این مطالعه، خواص ترایبوالکتریک چندین پارچه مورداستفاده در تولید پوشاک موردبررسی قرارگرفته است. همچنین در این مقاله به بررسی تأثیر حالت‌های اساسی قرارگیری ژنراتورهای ترایبوالکتریک در حالت عمودی تماس-جدایی و حالت لغزشی - جانبی پرداخته‌شده است. مطالعه حاضر نشان می‌دهد که در بین پارچه‌های مورد آزمایش، نایلون، پنبه و پنبه آب‌گریز، در تماس با سایر پارچه‌ها اختلاف‌پتانسیل و جریان الکتریکی بیشتری را ایجاد می‌کنند. همچنین نتایج نشان داده است که حالت لغزشی - جانبی سریع‌تر پاسخ می‌دهد و جریان الکتریکی بیشتری تولید می‌کند. نتایج این کار امکان تولید ژنراتورهای ترایبوالکتریک پوشیدنی را برای برداشت انرژی از حرکات بیومکانیکی انسان در پارچه و لباس نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluating the Triboelectric Performance of wearable Textiles in the conversion of Mechanical Energy to Electrical Energy

نویسندگان [English]

  • Farzaneh Karimdehnavi
  • Afsaneh Valipouri
  • Afifeh Karimian
Department of Textile Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan 84156 83111, Iran
چکیده [English]

A very charming and practical approach to contain the created triboelectric energy in textile is to store it through triboelectric generators. Harvesting human-motion energy can be a promising way to use it in wearable electronics. Since the fabric is a permanent and main component of a triboelectric generator, the triboelectric properties of several fabrics used in garments manufacturing investigated in this study. In addition, the effect of the fundamental placement modes of triboelectric generators of the lateral sliding mode and contact-separation mode investigated in this paper. The present study shows that, among the tested fabrics, nylon, cotton, and hydrophobic cotton, in contact with other fabrics, showed a greater potential difference and electric current. In addition, the results showed that the lateral-sliding mode responded faster and generated higher electric current. The results of this work show the possibility of producing wearable triboelectric generators for the harvesting of energy from human biomechanical movements in fabrics and clothing.

کلیدواژه‌ها [English]

  • triboelectric generator
  • lateral-sliding mode
  • contact-separation mode
  • Garment
  • wearable textile
 1. D. J. Norris and E. S. Aydil, Getting Moore from solar cells,
Science, no. 6107, pp. 625-626, 2012.
2. M. Ha, J. Park, Y. Lee, and H. Ko, Triboelectric generators and sensors for self-powered wearable electronics, Acs
Nano, no. 4, pp. 3421-3427, 2015.
3. J. Zhong et al., Fiber-based generator for wearable electronics and mobile medication, ACS nano, no. 6, pp. 6273-6280,
2014.
4. L. S. McCarty and G. M. Whitesides, Electrostatic charging
due to separation of ions at interfaces: contact electrification
of ionic electrets, Angewandte Chemie International Edition,
no. 12, pp. 2188-2207, 2008.
5. C. Liu and A. J. Bard, Electrostatic electrochemistry at insulators, Nature materials, no. 6, pp. 505-509, 2008.
6. Z. L. Wang, L. Lin, J. Chen, S. Niu, and Y. Zi, Eds. Triboelectric nanogenerators. Springer, 2016.
7. S. Niu et al., Theoretical study of contact-mode triboelectric
nanogenerators as an effective power source, Energy & Environmental Science, no. 12, pp. 3576-3583, 2013.
8. F.-R. Fan, L. Lin, G. Zhu, W. Wu, R. Zhang, and Z. L. Wang,
Transparent triboelectric nanogenerators and self-powered
pressure sensors based on micropatterned plastic films, Nano
letters, no. 6, pp. 3109-3114, 2012.
9. W. Seung et al., Nanopatterned textile-based wearable triboelectric nanogenerator, ACS nano, no. 4, pp. 3501-3509, 2015.
10. H. Y. Li, L. Su, S. Y. Kuang, C. F. Pan, G. Zhu, and Z. L.
Wang, Significant enhancement of triboelectric charge density by fluorinated surface modification in nanoscale for converting mechanical energy, Advanced Functional Materials,
no. 35, pp. 5691-5697, 2015.
11. G. Cheng, Z.-H. Lin, L. Lin, Z.-l. Du, and Z. L. Wang, Pulsed
nanogenerator with huge instantaneous output power density, Acs Nano, no. 8, pp. 7383-7391, 2013.
12. Liu, S., Zheng, W., Yang, B., and Tao, X., "Triboelectric
charge density of porous and deformable fabrics made from
polymer fibers", Nano energy, vol. 53, pp. 383-390, 2018.
13. Feng, P.-Y. et al., "Enhancing the Performance of Fabric-Based Triboelectric Nanogenerators by Structural and
Chemical Modification", ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 13, no. 14, pp. 16916-16927, 2021.
14. Zhu, M. et al., "Self-powered and self-functional cotton sock
using piezoelectric and triboelectric hybrid mechanism for
healthcare and sports monitoring", ACS nano, vol. 13, no. 2,
pp. 1940-1952, 2019.