Κατασκευή Και Χαρακτηρισμός Τριβογεννητριών Για Τη Συλλογή Της Μηχανικής Ενέργειας Του Περιβάλλοντος

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι ο σχεδιασμός, η κατασκευή και ο χαρακτηρισμός τριβογεννητριών για τη συλλογή της μηχανικής ενέργειας του περιβάλλοντος.Αρχικά, πραγματοποιήθηκε μια μελέτη των αυτόνομων συστημάτων, των μερών από τα οποία απαρτίζονται καθώς και οι εφαρμογές τους. Βασικό κομμάτι των αυτόνομων συστημάτων είναι η παραγωγή της ενέργειας, η οποία στην παρούσα εργασία , επικεντρώνεται στις μικρογεννήτριες τριβής, ή αλλιώς τριβογεννήτριες (ΤΓ) . Έγινε μια καταγραφή και παρουσίαση των τύπων τριβογεννητριών που υπάρχουν στη βιβλιογραφία. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε μελέτη, κατασκευή και χαρακτηρισμός δύο μεγάλων κατηγοριών τριβογεννητριών, των ΤΓ με εύκαμπτα υλικά και των ΤΓ υποστρώματος Si. Στη πρώτη κατηγορία κατασκευάστηκαν και χαρακτηρίστηκαν τριβογεννήτριες από διάφορα εύκαμπτα υλικά, μερικά εκ των οποίων είναι καθημερινής χρήσης, όπως χαρτί, διαφάνεια, πλαστικό, Kapton, κτλ. Στη δεύτερη κατηγορία ΤΓ, μελετήθηκαν μικρογεννήτριες όπου το ένα από τα δύο υλικά τριβής είναι μη εύκαμπτο (Si) στην επιφάνειά του οποίου έχουν αναπτυχθεί οξείδιο του πυριτίου (SiO2 ) , αλουμίνα (Al2O3) και το οξείδιο του χαφνίου (HfO2). Με τη χρηση Μικρόσκοπιου Ατομικής Δύναμης (Atomic Force Microscopy, AFM) μετρήθηκε η τραχύτητα κάθε επιφάνειας και τα αποτελέσματα συσχετίστηκαν με τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά της τριβογεννήτριας.Τέλος, σχεδιάστηκαν και κατασκευάσθηκαν διατάξεις επίδειξης, οι οποίες τροφοδοτούνται από τριβογεννήτριες εύκαμπτων υλικών και είναι ικανές να τροφοδοτήσουν μια απλή ηλεκτρονική διάταξη (LED) ή ένα πιο σύνθετο ηλεκτρονικό κύκλωμα (αισθητήρας με οθόνη και ηλεκτρονικά ελέγχου) αξιοποιώντας την αποθηκευμένη ενέργεια.