Elektro eğrilmiş piezo polimer nano kompozit enerji üretecinin piezoelektrik enerji hasat performansının araştırılması

Abstract

Piezoelektrik enerji hasadı uygulamaları çevremizde bulunan âtıl enerjilerin verimli enerjiye dönüştürülmesinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Mikro/nano elektronik yapıların harici bir güç kaynağına ihtiyaç duymadan çalıştırılması günümüzün en önemli çalışma alanlarıdır birisidir. Doktora tezi kapsamında PVDF (poliviniliden florür) piezo polimer ve PVDF/BaTiO3 (Baryum titanat) piezo polimer nano kompozit nano enerji üreteçleri geliştirilmiş ve titreşimden piezo elektrik enerji hasadı gerçekleştirilmiştir. Yüksek genlikli mekanik titreşimden piezo elektrik enerji hasadı uygulamasında elektro eğrilmiş PVDF/BaTiO3 nano üreteçler için optimum çözücü tipi, çözelti konsantrasyonu ve piezo seramik dolgu konsantrasyonu parametreleri belirlenmiştir. Bunun için üç farklı polimer konsantrasyonu (%10, %15, %20), dört farklı çözücü oranı (Aseton/DMF, 0:10, 2:8, 4:6, 6:4) ve üç farklı piezo nano partikül oranı (%5, %10, %15) kullanılmıştır. Elektro eğirme işlemi ile üretilen ince film nano fiber yapıların morfolojik ve kristal yapı incelemeleri SEM (taramalı elektron mikroskobu) ve FTIR (Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi) testleri ile yapılmıştır. Piezoelektrik enerji üreteçleri ankastre kiriş sistemine bağlanmış ve titreşimden piezoelektrik enerji hasadı gerçekleştirilmiştir. En yüksek piezoelektrik güç yoğunluğu çıktısı, (PVDF/BaTiO3, %5 BaTiO3, %15 PVDF, Aseton/DMF (6:4)) özelliklerine sahip nano üreteç ile 3,3 MΩ yük direnci altında 0,0143 μW/cm2 olarak elde edilmiştir.

Piezoelectric energy harvesting applications are widely used to convert the stagnant energies in the environment into efficient energy. Operating micro/nano electronic structures without needing an external power source is one of today's most important research fields. In this doctoral thesis, PVDF (polyvinylidene fluoride) piezo polymer and PVDF/BaTiO3 (Barium titanate) piezo polymer nanocomposite nano energy generators were developed, and piezoelectric energy harvesting from vibration was performed. In the application of piezoelectric energy harvesting from high amplitude mechanical vibration, optimum solvent type, solution concentration, and piezo ceramic filler concentration parameters were determined for electrospun PVDF/BaTiO3 nanogenerators. For this, three different polymer concentrations (10%, 15%, 20%), four different solvent ratios (Acetone/DMF, 0:10, 2:8, 4:6, 6:4) and three different piezo nanoparticle filler ratios ( 5%, 10%, 15%) were used. Morphological and crystal structure investigations of thin-film nanofiber structures produced by electrospinning were performed by SEM (scanning electron microscopy) and FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) tests. Piezoelectric nanogenerators were connected to the cantilever beam structure system, and piezoelectric energy harvesting from vibration was performed. The highest piezoelectric power density output was obtained as 0,0143 μW/cm2 under 3.3 MΩ load resistance with the nanogenerator (PVDF/BaTiO3, 5% BaTiO3, 15% PVDF, Acetone/DMF (6:4)).