Giyilebilir elektronikler için nanolif esaslı esnek ve hibrit nanojeneratörlerin geliştirilmesi - Ünsal, Ömer Faruk
Bu projede, çift etki kullanarak mekanik/biyomekanik enerji dönüşümü sağlayan hibrit nanojeneratörler geliştirilmiştir. Literatürde piezoelektrik, triboelektrik ve her ikisinin kullanıldığı hibrit nanojeneratörler üzerine oldukça fazla çalışma yayınlanmıştır. Fakat bu çalışmalarda hibrit nanojeneratörlerin elde edilişi, bağımsız üretilmiş iki bileşenin makro düzeyde ve herhangi bir yolla birleştirilmesi temeline dayanmaktadır. Bu çalışmada tek bir aşamada piezoelektrik, triboelektrik ve iletken bileşenler birlikte üretime alınarak kompakt bir sistem ortaya çıkartılmıştır. Burada elektro-üretim metodunun piezoelektrik nanojeneratörlerde sık kullanılan bir metot olması ve triboelektrik nanojeneratörler için mikro-nano yapının büyük önem arz etmesi nano ölçekte kontrollü bir üretimi mümkün kılmıştır. Piezoelektrik bir polimer olan Poli(viniliden florür) (PVDF) ile termoplastik poliüretan (TPU) nanoliflerin, elektroüretim metodu kullanılarak birlikte üretimleri sonucu hibrit nanolifler elde edilmiştir. Hibrit nanolif üretimi esnasında ayrı bir dispersiyondan ise grafen oksit (GO) beslemesi yapılarak nanolifli yapının içerisinde üretilen elektriksel enerjinin nanojeneratör elektrotlarına daha verimli ulaştırılması sağlanmıştır. Bu aşamaya kadar, elektro-üretim parametre optimizasyonu ve GO takviye oranının optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu projenin özgün yanı, hibrit nanolifli yapı ile oluşturulacak hibrit nanojeneratör sistemdir. Sonraki adımda, belirlenen optimum GO takviye oranı ile PVDF/TPU hibrit nanoliflerin gözenekli olarak üretilmesi ile çıkış performansı yükseltilmiştir. Çalışmanın son aşamasında ise nanojeneratör performansının nanoliflerin yüzeyinde hidrotermal yolla çinko oksit (ZnO) nanoteller büyütülerek artırılması hedeflenmiştir. Nanoliflerin yüzeyinde dikey yönlenmiş ZnO nanotel büyütülmesi, hem nanotel-ormanının yüzey pürüzlülüğü katması ile hem temas yüzey alanının artması hem de ZnO kullanımına bağlı olarak piezoelektrik etkinin güçlendirileceği değerlendirilmiştir. Bu aşamada da optimum GO takviyesi ve optimum gözenek miktarı içeren nanolifli yapılar kullanılmıştır. Elde edilen nihai nanojeneratörler 16,47 mW/m2 çıkış güç yoğunluğuna ulaşılmıştır. Ayrıca elde edilen nanojeneratörler ile farklı kapasitelerde ticari kondansatörlerin şarj edilebilirliği ve depolanan enerjinin sürekli bir şekilde bazı elektronik cihazlarda kullanılabilirliği kanıtlanmıştır. Bunun da ötesinde, nanojeneratörler tekstil yüzeyine uygulanarak sensör uygulamaları için uygunluğu da kanıtlanmıştır.