طراحی الکترودهای انگشتی متداخل با فاصله متغیر در طول تیر برای بهبود عملکرد نانوژنراتورهای یکسرگیردار بر اساس لایه نازک پیزوالکتریک | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 17، دوره 53، شماره 4، تیر 1400، صفحه 2347-2366 اصل مقاله (2.05 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2020.17962.6694 | ||
| نویسندگان | ||
| عباس اسدی؛ محمد گندم کار* | ||
| استادیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مکانیک | ||
| چکیده | ||
| یکی از وسایل برداشتکننده انرژی از ارتعاشات محیط در مقیاس کوچک، طرح نانوژنراتور تیر یکسر گیردار با الکترودهای انگشتی متداخل و جرم انتهایی است که بر اساس کرنش نانولایه پیزوالکتریک روی سطح تیر، انرژی الکتریکی با ولتاژ بالا تولید میکند. به دلیل یکساننبودن کرنش در طول تیر، پتانسیل الکتریکی متغیر در الکترودها ایجاد شده و پدیده حذف ولتاژ وابسته به شکل مود رخ میدهد. در این مقاله، با تغییر فاصله بین الکترودها به نسبت عکس کرنش طولی در لایه پیزوالکتریک، ولتاژ ایجادشده در الکترودهای همنام با یکدیگر برابر شده و از حذف ولتاژ و کاهش توان خروجی جلوگیری شده است. برای مدلسازی نانوژنراتور، از تئوری تیر اویلر- برنولی استفاده شده و با استفاده از روش انرژی، معادله دیفرانسیل وابسته به زمان مسئله استخراج شده است. سپس، روش رانگ-کوتا مرتبه 4 جهت حل معادلات استفاده شده و دامنه ولتاژ و توان الکتریکی خروجی نانوژنراتور تحت تحریک پایه استخراج شده است. نتایج عددی نشان میدهد، با تغییر تطبیقی فاصله الکترودها، میتوان تا 36% به ولتاژ تولید شده در حالت مقاومت الکتریکی بهینه و تا 40% به ولتاژ مدار باز افزود. کوپلینگ سیستم نیز تا 10% افزایش یافت. با ارائه نتایج عددی نشان داده شد که کاهش پهنای الکترودها باعث افزایش ولتاژ نانوژنراتور میشود. همچنین افزایش تعداد الکترودها منجر به کاهش ولتاژ و افزایش جریان الکتریکی خروجی میشود. | ||
| کلیدواژهها | ||
| بهبود عملکرد نانوژنراتور؛ نانولایه پیزوالکتریک؛ الکترودهای انگشتی متداخل؛ فاصله متغیر الکترودها | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 945 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,338 |
||