Детальная информация

Работа посвящена исследованию применения композиционных плёнок на основе термопластичного полиуретана (ТПУ) и углеродных нанотрубок (УНТ) в качестве донорных слоев трибоэлектрических наногенераторов (ТЭНГ). Решены следующие задачи: 1. Синтез композитных плёнок ТПУ с различной концентрацией УНТ (0,25 % – 1,0 %) , в том числе модифицированных УНТ. 2. Анализ диэлектрических свойств композитных пленок. 3. Сбор ячейки ТЭНГ вертикального контактно-разделительного типа и создание стенда для измерения выходных параметров (напряжение, ток). 4. Измерение зависимостей тока, напряжения, перенесенного заряда от концентрации композитных пленок. 5. Определение оптимальной концентрации УНТ и влияния кислотной модификации. Определение влияния внешних условий нагружения на характеристики ТЭНГ. В ходе выполнения работы использовались методы получения полимерных композитных пленок, кислотная функционализация УНТ. Электрические характеристики ТЭНГ исследовались с помощью осциллографических измерений (определение выходного напряжения и тока). На основе анализа экспериментальных данных композит ТПУ-0,75 % УНТ демонстрирует максимальные значения напряжения холостого хода VOC = 127 В (против 62 В у чистого ТПУ) и тока короткого замыкания JSC = 35 мкA. Хотя кислотная модификация улучшает диспергируемость УНТ в матрице ТПУ, выходные характеристики по сравнению с немодифицированными УНТ не улучшаются. На основании вышеприведенных данных можно сделать следующие выводы: 1)Установлена оптимальная концентрация УНТ в композите (0,75 %), обеспечивающая максимальные выходные параметры ТЭНГ. 2)Кислотная модификация УНТ не приводит к улучшению характеристик ТЭНГ. 3)Установлена жесткая зависимость выходных характеристик ТЭНГ от условий внешнего механического воздействия: усилия и частоты. Результаты работы открывают перспективы создания гибких, высокоэффективных ТЭНГ для автономных сенсоров и носимой электроники.

The work is devoted to investigating the impact of composite films based on thermoplastic polyurethane (TPU) and carbon nanotubes (CNT) on the output characteristics of triboelectric nanogenerators (TENG). The following tasks were addressed: 1.Synthesis of TPU composite films with different concentrations of CNTs (0.25–1.0 wt%) and acid-modified CNTs. 2.Analysis of the dielectric properties of the composites (dielectric permittivity, losses). 3.Assembly of vertical contact-separation mode TENG prototypes and measurement of their output parameters (voltage, current). 4.Determination of the relationship between TENG efficiency and both CNT concentration and the influence of acid modification. Based on experimental data analysis, the TPU-0.75CNT composite demonstrates peak open-circuit voltage values of VOC=127 V (vs. 62 V for pure TPU) and short-circuit current density of Jsc=35 μA. Although acid modification improves CNT dispersion within the TPU matrix, residual ions reduce VOC by 15–20% through electrical charge neutralization. Furthermore, polarization at the CNT/TPU interface increases surface charge density to 65 μC/m², representing a 225% increase compared to pure TPU. Based on the above data, the following conclusions can be drawn: 1.The optimal CNT concentration in the composite (0.75 wt%) has been determined, providing maximum TENG output parameters. 2.Acid modification of CNTs improves dispersion but requires thorough purification to eliminate ionic impurities. 3.The enhancement of TENG efficiency is attributed to the synergy of interfacial polarization, increased dielectric permittivity, and reduced charge recombination. The results of this work demonstrate promising pathways for developing flexible, high-efficiency TENGs for autonomous sensors and wearable electronic.

• ЗАДАНИЕ
  • на выполнение выпускной квалификационной работы
• РЕФЕРАТ
• ABSTRACT
• 
• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1 ОБЗОР ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОГЕНЕРАТОРОВ(
  • 1.1 Принцип Работы ТЭНГ
  • 1.2 Основные режимы работы ТЭНГ
  • 1.3 Уравнение для тока смещения (уравнение Ванга)
  • 1.4 Показатели эффективности работы трибогенератор
  • 1.5 Контактная электрификация
  • 1.6 Трибоэлектрический ряд
  • 1.7 Критерии выбора материалов
• ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
  • 2.1 Материалы
  • 2.2 Функционализация УНТ
  • 2.3 Приготовление композитных пленок
  • 2.4 Изготовление ячейки ТЭНГ
  • 2.5 Испытательный стенд и режимы испытаний
• ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ