ΕΘΝΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΕΡΕΥΝΑΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ‘ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ’

ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΝΑΝΟΕΠΙΣΤΗΜΗΣ & ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ

Εργαστήριο Συλλογής Ενέργειας και Αυτόνομων Αισθητήρων

Υπεύθυνος: Δρ Χρήστος Τσάμης

Τηλ: 210 650 3112, e-mail:c.tsamis@inn.demokritos.gr

Τίτλος : Σχεδιασμός και βελτιστοποίηση τριβοηλεκτρικών γεννητριών για τη συλλογή της μηχανικής ενέργειας του περιβάλλοντος

(Design and optimization of triboelectric generators for harvesting mechanical energy from the ambient)

Στο πλαίσιο της εργασίας θα γίνει κατασκευή και χαρακτηρισμός μικρομηχανικών γεννητριών για την συλλογή της μηχανικής ενέργειας του περιβάλλοντος. Η ενέργεια αυτή μπορεί να δημιουργείται σαν αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας (πχ βάδισμα, κίνηση του χεριού, κτλ), μηχανικών κατασκευών (πχ δονήσεις μηχανών) ή/και φυσικών διεργασιών (κίνηση αέρα, κυματισμός θάλασσας, κτλ). Η μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική θα γίνεται με τη χρήση του τριβοηλεκτρικού φαινομένου. Συγκεκριμένα, η εφαρμογή του τριβοηλεκτρικού φαινομένου για τη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική και η επίδειξη της πρώτης τριβογεννήτριας (ΤΒΓ) το 2012 με την πρωτοποριακή δουλειά των Fan & Wang (2012) αποτέλεσε ένα σημαντικό ορόσημο για την αξιοποίηση της αδιάλειπτης διαθέσιμης μηχανικής ενέργειας που υπάρχει στο περιβάλλον και έδωσε μία σημαντική ώθηση στην κατεύθυνσή της αυτονόμησης των ηλεκτρονικών συστημάτων. Το τριβοηλεκτρικό φαινόμενο (στατικός ηλεκτρισμός ανάμεσα σε δύο επιφάνειες που βρίσκονται σε επαφή ή τρίβονται μεταξύ τους) είχε θεωρηθεί σαν ο κύριος εχθρός των ηλεκτρονικών διατάξεων και όλες οι ερευνητικές δραστηριότητες αποσκοπούσαν στην εξάλειψή του. Μόνο μέσω της μελέτης των Fan &Wang αναδείχτηκε η χρησιμότητα αυτού του μηχανισμού σαν μία αδιάλειπτη πηγή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τις μηχανικές δονήσεις του περιβάλλοντος οδηγώντας τα τελευταία χρόνια σε μία πρωτόγνωρη έκρηξη ενδιαφέροντος για την ανάπτυξη γεννητριών που αξιοποιούν αυτό το μηχανισμό.

Θα κατασκευαστούν τριβογεννήτριες σε εύκαμπτα υποστρώματα (Kapton, PET, κτλ). Η λειτουργία των μικρογεννητριών βασίζεται στο τριβοηλεκτρικό φαινόμενο, δηλαδή στην μεταφορά φορτίων που λαμβάνει χώρα ανάμεσα σε δύο επιφάνειες οι οποίες βρίσκονται σε επαφή και μετατοπίζονται η μία αναφορικά με την άλλη. Θα αξιολογηθεί η λειτουργία τους σε διάφορες συνθήκες μηχανικών δονήσεων και θα βελτιστοποιηθεί η απόδοσή τους. Θα γίνει τροποποίηση της επιφανειακής τραχύτητας των τριβογεννητριών με διάφορες τεχνικές. Θα μελετηθεί η επίδραση της τραχύτητας της επιφάνειας στη μεταφορά των φορτίων ανάμεσα στις δύο επιφάνειες και κατά συνέπεια στην απόδοση των τριβογεννητριών.

Οι τριβογεννήτριες θα χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία ενός κυκλώματος (πχ ενός κυκλώματος με LED ή ασύρματους αισθητήρες) χωρίς μπαταρίες με στόχο την αυτονόμησή του.