1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên cứu về phương pháp thu hoạch năng lượng dựa trên hiệu ứng triboelectric

84 51 1

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 84
Dung lượng 3,7 MB

Các công cụ chuyển đổi và chỉnh sửa cho tài liệu này

Nội dung

Nhan đề : Nghiên cứu về phương pháp thu hoạch năng lượng dựa trên hiệu ứng triboelectric Tác giả : Trần Nhật Hoàng Người hướng dẫn: Hoàng Sĩ Hồng Từ khoá : Điện ma sát; Trioelectric Năm xuất bản : 2019 Nhà xuất bản : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt : Tổng quan hiệu ứng trioeletric và ứng dụng; thiết kế cảm biến dựa trên hiệu ứng trioelectric, mạch thu hoạch, xử lý tín hiệu và kết quả thực hiện.

Trang 1

TR NG Đ I HỌC BÁCH KHOA HÀ N I

Nghiên cứu về ph ơng pháp thu ho ch năng l ợng

NgƠnh: Kỹ thu t điều khiển vƠ tự động hóa

Gi ảng viên h ng d n: PGS.TS HoƠng Sỹ Hồng

Vi ện: Điện

Trang 2

L I CAM ĐOAN

TôiăxinăcamăđoanăđơyălƠăcôngătrìnhănghiênăc u c aăriêngătôi.ăCácăsố li u, k t qu trong

lu năvĕnălƠăhoƠnătoƠnătrungăth c Nội dung lu năvĕnăch aăt ngăđ căaiăcôngăbố trong b t kỳ côngătrìnhănƠoăkhác

TÁCăGI LU N VĔN

Tr n Nh tăHoƠng

Trang 3

L I C M N

Trongăquáătrìnhăth c hi nănghiênăc u c aămình,ătôiăđƣănh năđ c r t nhi u s giúpăđỡ, độngăviênăvƠăchiaăs c aăcácăth yăcôăgiáo,ăgiaăđìnhăvƠăb năbè

Đ uătiên,ătôiăxin g i l i c mă năđ năPGS.TS.ăHoƠngăSĩăH ng,ăng iăh ng d n tr c

ti pă tôiă th c hi nă đ tƠiă nƠy.ă PGS.TS.ă HoƠngă Sĩă H ngă đƣă cóă nh ngă địnhă h ng, chỉ b o,

h ng d năvƠătraoăđ i v iătôiătrongăsuốtăquáătrìnhăhọc t p, th c hi nănghiênăc uănƠy

TôiăxinăchơnăthƠnh c mă năBanăgiámăhi uătr ngăĐ i họcăBáchăkhoaăHƠăNội, Vi năđƠoă

t oăsauăđ i học, Vi năĐi năvƠăBộ mônăKỹ thu tăđoăvƠăTin họcăcôngănghi păđƣăt oăđi u ki n

thu n l iăgiúpătôiăhoƠnăthi nănghiênăc uănƠy

Tôiăcũngăxinăc mă năcácăthƠnhăviênătrongăManDeviceăLabăđƣăhỗ tr h tămìnhătrongăquáătrìnhăhọc t păvƠănghiênăc u

Cuốiăcùng,ătôiăxinăbƠyătỏ lòngăbi tă năsơuăs căđ n cha mẹ vƠănh ngăng iăthơnătrongăgiaăđìnhăđƣăgiúpăđỡ, t oăđi u ki n,ăđộngăviênăvƠăkhíchăl tôiătrongăsuốtăquáătrìnhăhọc t p,ănghiênă

c uăđ hoƠnăthƠnhăđ c lu năvĕnănƠy

TÁCăGI LU NăVĔN

Tr n Nh tăHoƠng

Trang 4

M C L C

L IăCAMăĐOAN i

L I C Mă N ii

M C L C iii

DANH M C T VI T T T vi

DANH M CăHÌNHăV vii

DANH M C B NG BI U ix

M Đ U 1

1 Tínhăc p thi t c aăđ tƠi 1

2 M căđíchănghiênăc u 1

3 Đốiăt ngăvƠăph măviăápăd ng 1

4 Ph ngăphápăvƠănộiădungănghiênăc u 2

1 CH NGă1:ăT NG QUAN HI U NGăTRIBOELECTRICăVÀă NG D NG 3

1.1 Hi u ng Triboelectric 3

1.2 V t li u t o hi u ng Triboelectric 5

1.3 Phơnălo i 6

1.3.1 Ch độ phơnătáchăti păxúcădọc (Vertical Contact-Separation Mode) 6

1.3.1.1 C uătrúcămi ngăđ m (Spacer structure) 7

1.3.1.2 C uătrúcăhìnhăvòmă(Arch-Shaped Structure) 7

1.3.1.3 C uătrúcăphơnătáchăđƠnăh i (Spring-Assisted Separation Structure) 9

1.3.1.4 C uătrúcătíchăh p nhi u l p (Multiple Layer Integration) 10

1.3.2 Ch độ tr t (Lateral Sliding Mode) 11

1.3.2.1 K t c uătr t (Plain-Sliding Structure) 11

1.3.2.2 C uătrúcăđĩaăquayă(Rotation-Disk Structure) 12

1.3.2.3 K t c u xi lanh quay (Rotation-Cylinder Structure) 14

1.3.2.4 C uătrúcăkimălo i lỏng (Liquid-Metal Structure) 15

1.3.3 C uătrúcăđ năc c (Single-Electrode Mode) 16

1.3.3.1 C uătrúcăphơnătáchăl p (Contact-Separation Structure) 17

1.3.3.2 C uătrúcătr tăbênă(LateralăSlidingăStructure) 18

1.3.4 Ch độ l pămaăsátăđi năkhôngăcố định (Freestanding Triboelectric-Layer Mode) 19

Trang 5

1.3.4.1 Ch độ tr t (Sliding Freestanding Triboelectric-Layer TENG) 19

1.3.4.2 Ch độ ti păxúcă(ContactăFreestandingăTriboelectric-Layer TENG) 21

1.3.4.3 C uătrúcăl i tuy nătínhă(Linear-Grating Structure) 22

1.3.4.4 C uătrúcăđĩaăxoayăIă(Rotation-Disk Structure I) 23

1.3.4.5 C uătrúcăđĩaăxoayăIIă(Rotation-Disk Structure II) 23

1.4 ng d ng hi u ng Triboelectric 24

1.4.1 T ng quan ng d ng 24

1.4.2 Thu ho chănĕngăl ng chuy năđộng c aăc ăth ng i 25

1.4.3 Thu ho chănĕngăl ngădaoăđộng 28

1.4.4 Thu ho chănĕngăl ngăgió 30

1.4.5 Thu ho chănĕngăl ng bi n 34

1.4.6 ng d ng trong h thống t c pănĕngăl ng 36

1.5 K t lu n 38

2 CH NGă 2:ă THI T K C M BI N D Aă TRểNă HI U NG TRIBOELECTRIC, M CH THU HO CH, X LụăTệNăHI UăVÀăK T QU TH C NGHI M 40

2.1 V t li u ch t o c m bi n 40

2.1.1 V t li u PTFE 40

2.1.2 V t li uănhôm 42

2.2 Ch độ ho tăđộng c a c m bi n 44

2.2.1ăNguyênălýălƠmăvi c 44

2.2.2 Ch t o c m bi n 45

2.2.3 Kh oăsátăđápă ngăđ u ra c a c m bi n 47

2.3 Vị tríăđặt c m bi n 47

2.4 Thi t k thi t bị phátăhi nătínăhi u 52

2.4.1 T ng quan thi t bị 52

2.4.2 Thi t k m chăphátătínăhi u (Detect circuit) 55

2.5 Thi t k m ch thu ho chănĕngăl ng 59

2.5.1ăPh ngăphápăthi t k 59

2.5.1.1 S d ng c u chỉnhăl u 59

2.5.1.2 S d ng IC LTC3330 59

2.6 Thi t k thu tătoánătruy nătínăhi u 63

2.7 K t qu đ tăđ c 65

2.7.1 L păđặt thi t bị 65

Trang 6

2.7.2 K t qu phơnăbi t tr ngătháiăchuy năđộng 65

2.7.3 K t qu thu ho chănĕngăl ng 67

2.7.4 K t qu truy n d li uălênăserver 69

K T LU N 70

1 K t qu đ tăđ c 70

2 MộtăvƠiăh n ch 70

3ăĐịnhăh ngăphátătri n 71

TÀIăLI U THAM KH O 72

Trang 7

DANH M C T VI T T T

Trang 8

DANH M C HỊNH VẼ

Hìnhă1.1:ăTíchălũyăđi nătíchătrênăb mặt Si [1] 4

Hình.1.2:ă Thi t bị phátăđi n d aă trênă hi u ngăTriboelectrică trongătr ng h p h m chă vƠă ng n m ch [3] 6

Hìnhă1.3:ăC uătrúcămi ngăđ m (Spacer structure) [4] 7

Hìnhă1.4:ăC uătrúcăhìnhăvòmă(Arch-Shaped Structure) [5] 8

Hìnhă1.5:ăC uătrúcăphơnătáchăđƠnăh i (Spring-Assisted Separation Structure) [6] 9

Hìnhă1.6:ăC uătrúcătíchăh p nhi u l p (Multiple Layer Integration) [7] 10

Hìnhă1.7:ăCh độ tr t (Lateral Sliding Mode) [8] 11

Hìnhă1.8:ăK t c uătr t (Plain-Sliding Structure) [9] 12

Hìnhă1.9:ăC uătrúcăđĩaăquayă(Rotation-Disk Structure) [10] 13

Hìnhă1.10:ăK t c u xi lanh quay (Rotation-Cylinder Structure) [11] 14

Hìnhă1.11:ăC uătrúcăkimălo i lỏng (Liquid-Metal Structure) [12] 15

Hìnhă1.12:ăC uătrúcăđ năc c (Single-Electrode Mode) [13] 16

Hìnhă1.13:ăC uătrúcăphơnătáchăl p I (Contact-Separation Structure) [14] 17

Hìnhă1.14:ăC uătrúcăphơnătách l p II (Contact-Separation Structure) [15] 18

Hìnhă1.15:ăC uătrúcătr tăbênă(LateralăSlidingăStructure)ă[16] 19

Hìnhă1.16: Ch độ tr t (Sliding Freestanding Triboelectric-Layer TENG) [17] 20

Hìnhă1.17: Ch độ ti păxúcă(ContactăFreestandingăTriboelectric-Layer TENG) [18] 21

Hình 1.18: C uătrúcăl i tuy nătínhă(Linear-Grating Structure) [19] 22

Hình 1.19: C uătrúcăđĩaăxoayăIă(Rotation-Disk Structure I) [20] 23

Hình 1.20: C uătrúcăđĩaăxoayăIIă(Rotation-Disk Structure II) [21] 24

Hìnhă1.21:ăM tăđộ côngăsu tă(a)ăvƠăhi u su t chuy năđ iănĕngăl ngă(b)ăphátătri n theo th i gian [22] 24

Hìnhă1.22:ă ng d ngăđaăd ng c a Triboelectric [23] 25

Hìnhă1.23:ăNĕngăl ng sinh ra do chuy năđộngăchơnă[24] 26

Hìnhă1.24:ăV t li uăTriboelectricăđ cătíchăh păvƠoăs i v i [25] 27

Hìnhă1.25:ăThi t bị Triboelectricăđ cătíchăh păvƠoăcặp [26] 28

Hìnhă1.26:ăNĕngăl ng t o ra b i ngu nădaoăđộng v i t n số 100 Hz [27] 29

Hìnhă1.27:ăNĕngăl ng t o ra b i một số ngu nădaoăđộng [28] 30

Hìnhă1.28:ăNĕngăl ng t o ra b iăh iăth conăng i [29] 32

Hìnhă1.29:ăNĕngăl ng t o b iăgióăt môiătr ng xung quanh [30] 33

Hìnhă1.30:ăNĕngăl ng t o ra b iădòngăn c [31] 35

Hìnhă1.31:ăNĕngăl ng t oăraătrongălòngăđ iăd ngă[31] 36

Hìnhă1.32:ăH thống t cung c pănĕngăl ng t ho tăđộngăconăng i [32] 37

Trang 9

Hìnhă1.33:ă ng d ng c aăcácăh thống t cung c pănĕngăl ng [32] 38

Hìnhă2.1: C uătrúcăv t li u PTFE 41

Hìnhă2.2:ăHìnhă nh th c t v t li u PTFE 41

Hìnhă2.3: Một số ng d ng c a v t li u PTFE 42

Hìnhă2.4: C uătrúcăv t li uănhôm 43

Hìnhă2.5: Một số ng d ng c a v t li uănhôm 44

Hìnhă2.6:ăC uătrúcăvƠănguyênălýălƠmăvi c 44

Hìnhă2.7:ăV t li u ch t o c m bi n 45

Hìnhă2.8:ăQuyătrìnhăch t o c m bi n 46

Hìnhă2.9:ăKi m tra kh nĕngăt oăraăđi n c a c m bi n 47

Hìnhă2.10:ăTínăhi uăđi năápăkhiăđặt c m bi n cácăvị tríăgótăbƠnăchơn 48

Hìnhă2.11:ăTínăhi uăđi năápăkhiăđặt c m bi n cácăvị tríălòngăbƠnăchơn 49

Hìnhă2.12:ăTínăhi uăđi năápăkhiăđặt c m bi n cácăvị tríămũiăbƠnăchơn 50

Hìnhă2.13:ăSoăsánhăđi năápă cácăvị tríăkhácănhau 51

Hìnhă2.14:ăVị tríăđặt c m bi n gótăchơnăvƠămũiăchơn 51

Hìnhă2.15:ăS ăđ khối thi t bị 52

Hìnhă2.16:ăS ăđ khối block 1 53

Hìnhă2.17:ăModuleăngu n 53

Hìnhă2.18:ăModuleăwifi 54

Hìnhă2.19:ăMộtătínăhi uăsauăkhiăđiăquaăm chăphátăhi nătínăhi u 55

Hìnhă2.20:ăNhi uătínăhi uăsauăkhiăđiăquaăm chăphátăhi nătínăhi u 55

Hìnhă2.21:ăM chăphátăhi nătínăhi u 56

Hìnhă2.22:ăM ch khu chăđ i Unity 56

Hìnhă2.23:ăM ch Schmitt Trigger 57

Hìnhă2.24: M chăSchmittăTriggerăch aăcóă 57

Hìnhă2.25: M chăSchmittăTriggerăcóă 58

Hìnhă2.26:ăS d ng c u chỉnhăl uăđ thu ho chănĕngăl ng 59

Hìnhă2.27:ăSóngăthuăđ c t hi u ng Triboelectric 59

Hìnhă2.28:ăM chănguyênălýămoduleăLTC3330 60

Hìnhă2.29:ăĐoătínăhi uăđ u ra bằng oscilloscope 60

Hìnhă2.30:ăTínăhi uăthuăđ c đ u ra 61

Hìnhă2.31:ăD iăđi năápăđẩu ra c a IC LTC3330 61

Hìnhă2.32:ăĐi năápăđ uăraăkhiătácăđộng l căliênăt c c a c m bi n 62

Hìnhă2.33:ăĐi năápăDCă3.0Văđ c t o ra 62

Hìnhă2.34:ăThu tătoánătruy nătínăhi u 64

Trang 10

Hìnhă2.35:ăHìnhă nh th c t thi t bị 65

Hìnhă2.36:ăD ngăsóngănh năđ c t tr ngătháiăchuy năđộng 66

Hìnhă2.37:ăK t qu thuăđ c t c m bi n 67

Hìnhă2.38: Thíănghi m thu ho chănĕngăl ng 69

Hìnhă2.39: K t qu thuăđ c t thíănghi măthuănĕngăl ng 69

Hìnhă2.40:ăNĕngăl ngăthuăđ călƠmăsángăbóngăđènăLED 69

Hìnhă2.41:ăTínăhi uăthuăđ c sau khi truy n qua module wifi 69

DANH M C B NG BI U B ng 1-1:ăCácăv t li uăđ c s p x pătheoătrìnhăt kh nĕngănh n electron (c căơm)ătĕngă d năvƠăkh nĕngăchoăelectronă(c căd ng)ăgi m d n 5

Trang 11

M ĐẦU

1 Tính c p thi t c a đề tƠi

V i s phátătri nănhanhăchóngăc aă xƣăhội, v năđ thi uănĕngăl ngăvƠăôănhi mămôiă

tr ngăngƠyăcƠngăđ căquanătơm.ăDoăđó,ăvi cătìmăraănh ng ngu nănĕngăl ng s ch,ăcóăkh nĕngă táiă t oă đangă c n thi tă h nă baoă gi h t Th gi iă đangă khôngă ng ngă tìmă ki m nh ng

ngu nănĕngăl ng m i nhằm thay th vi c s d ngăthanăđáăvƠăcácănhiênăli uăhóaăth chăđ s n

xu tăđi n.ăCùngăv iăđóălƠăvi căphátătri năcácăcôngăngh giúpăthuăho chănĕngăl ng hi u qu Trongămôiătr ngăxungăquanhăchúngăta,ăcácăngu nănĕngăl ngăđaăd ngăvƠăcóăsẵn trong t nhiên,ănh ngăvi c chuy năđ iăchúngăthƠnhăđi nănĕngădùngăchoăcácăh thống t ch v nĕngă

l ngăđangăđ cănghiênăc u

H năn a,ăcácăthi t bị đi n t đeoătrênăc ăth conăng iăđangăđóngăgópăngƠyămột quan

trọngăvƠoăs phátătri n c a IoT (Internet of Things) S d ng m ngăl iăinternetăđ xơyăd ng

k t nối gi aăng iădùngăv iăcácăthi t bị đi n t vƠămáyămócăxungăquanhăđ theoădõiăvƠăchĕmăsócăs c khỏe V i s phátătri nănhanhăchóngăc aăcôngăngh đi n t , số ng i s d ng c m

bi năthôngăminhătĕngăđángăk nh ăđi n tho iăthôngăminh,ăđ ng h thôngăminh,ầăTuyănhiên,ă

v năđ nĕngăl ngălƠămột trong nh ng h n ch l n nh tăđối v i m ng c m bi năkhôngădơyăhayăcácăthi t bị giámăsátăkhôngădơy.ăH u h tăcácăthi t bị nƠyăs d ng pin hay ph i c p ngu n

tr c ti p,ăđi u nƠyămangăl iăcácăv năđ nh ăc năth ngăxuyênăthayăth pin, b oăd ỡng b oătrì.ă

H năn a, ngƠyăcƠngănhi u c m bi năđ căđặt nh ngăn iăxa,ăđịaăhìnhăph c t p

T nh ngălýădoătrên,ăvi cănghiênăc u v c ăch đ m b o thi t bị cóăth linhăđộng thu

th p d li u,ăđ ng th iăcũngăt s n xu tănĕngăl ngăchoăchínhăthi t bị đóălƠăr t c n thi t Một

trong nh ngăc ăch tốt nh tăđápă ngăđ c nh ngăyêuăc uătrênăchínhălƠăhi u ng Triboelectric, hayăđ c gọiălƠăhi u ng maăsátăđi n Vi tăNam,ăđơyălƠămộtălĩnhăv căkháăm i m mặcădùănóăđƣăđ c ph bi năvƠănghiênăc u rộngărƣiă nhi u quốcăgiaătrênăth gi i.ăDoăđó,ăvi cănghiênă

c u hi u ng Triboelectric cƠngătr nênăc n thi t

2 M c đích nghiên cứu

- Thi t k c m bi n d aătrênăhi u ng Triboelectric t v t li uăchínhălƠănhômăvƠăPTFEă

v i ch độ ho tăđộngălƠăch độ phơnătáchăti păxúcădọc (Vertical Contact-Separation Mode) Cùngăv iăđóălƠăđánhăgiáăkh oăsátătínăhi uăđ u ra c a c m bi n

- Thi t k m chăphátăhi nătínăhi uă(detectăcircuit)ăđ phơnăbi tăcácătr ngătháiăchuy n động Ti p theo, cácăxungăt cácătr ngătháiăchuy năđộng s đ c truy nălênăserverăthôngăquaă

modul wifi K t qu c năđ tăđ c c năhaiătiêuăchí.ăMộtălƠăthuănh năđ c xung t c m bi n thôngă quaă cácă tácă động chuy nă độngă khácă nhauă nh ă đi,ă ch y,ă đ ng im, nghỉ khôngă ch m chơn.ăHai lƠăthuănh năđ c xung t c m bi n t iăcácăvị tríăkhácănhauătrênăbƠnăchơnălƠămũiăbƠnăchơn,ălòngăbƠnăchơn,ăgótăbƠnăchơn

- Thi t k m ch thu ho chănĕngăl ng t tínăhi u ra c a c m bi năvƠăđánhăgiáăk t qu

3 Đối t ợng vƠ ph m vi áp d ng

Đốiăt ngăvƠăph măviăápăd ng c aăđ tƠiănƠyălƠădƠnhăchoăng i cóănhuăc u thu nh nătínă

hi u cácătr ngătháiăchuy năđộng c aăc ăth nh ăch y,ăđiăbộ,ăđ ng, nghỉ.ăĐ tƠiănƠyăcũngăápă

d ng cho t t c cáănhơnăhayăt ch c muốnătìmăhi u v hi u ng Triboelectric hoặcăph ngăphápăthuăho chănĕngăl ng

Trang 12

4 Ph ơng pháp vƠ nội dung nghiên cứu

Đ tƠiăđ c th c hi n bằngăph ngăphápănghiênăc uălýăthuy tăvƠătri n khai th nghi m

bằng vi c thi t k m ch ng d ng nh n d ng tr ngătháiăchuy năđộng c aăc ăth s d ng hi u

ng Triboelectric Lu năvĕnăbaoăg m ph n m đ u, 2 ch ngăvƠăk t lu n:

Ph n m đ u th hi nătínhăc p thi t c aăđ tƠi,ăm căđíchănghiênăc uăvƠăcácănội dung trìnhăbƠyătrongăđ tƠi

Ch ngă1:ăT ng quan hi u ng Triboelectric vƠă ng d ng

Ch ngă2: Thi t k c m bi n d a trênăhi u ng Triboelectric, m ch thu ho ch, x lýătínă

hi u vƠăk t qu th c nghi m

Ph n k t lu n t ng k t l iăcácăk t qu đ tăđ c c aăđ tƠi,ăđ ng th iăđ aăraăđịnhăh ng phátătri năđ tƠiătrongăt ngălai

Trang 13

1 CH NG 1: T NG QUAN HI U NG TRIBOELECTRIC VÀ NG D NG

1.1 Hi ệu ứng Triboelectric

Hi u ng Triboelectric đƣăđ c bi tăđ n t r tălơu MặcădùăđơyălƠăhi u ngăchúngătaă

th y di n ra hằngăngƠy,ănh ngăc ăch vƠă ng d ng c aănóăv năđangăđ cănghiênăc uăvƠătranhă

lu n Hi u ng Triboelectric đ că hìnhă thƠnhă t hi u ng ch mă táchă đi n (Contact

Electrification)ă vƠă hi u ng c m ngă tĩnhă đi n (Electrostatic Induction) Hi u ng

Triboelectric lƠănguyênănhơnăchungăc aăcácăhi năt ngătĩnhăđi n hằngăngƠy

Hi u ng ch mătáchăđi n:ăKhiătácăđộng l c ma sátălênăhaiăv t li u,ănóălƠmăpháăvỡ liênă

k tăphơnăt b mặt v t li u.ăĐi uănƠyăs gơyăraăs xu t hi năcácăionăhayăphơnăt trênăb mặt

Khi cho hai v t li uănƠyăch m nhau, một số v t li u s cóăxuăh ngănh ng electron, một số

v t li uăkhácăs cóăxuăh ng nh năelectron.ăăKhiătáchăra,ăđi nătíchătrênăb mặt hai v t li u s

bằng nhau v độ l nănh ngătráiăd u Hi u ng ch mătáchăđi n xu t hi nătrongătr ng h păđối

v i ch mătáchăkimălo i-kim lo i, kim lo i- ch tăcáchăđi n hay ch tăcáchăđi n ậ ch tăcáchăđi n

Tuyănhiên,ăđối v i kim lo i,ăđi nătíchăd ăth a trênăb mặt kim lo i r t d dƠngăch y xuốngăđ t

khi ta nối t i,ăđi nătíchăt o ra b mặt kim lo i khi cọ xátăcũngăkhôngănhi uăh năsoăv i khi

chỉ th c hi n ch mătách.ăH năn a, sau một th iăgianăt ngăđối ng n,ăcácăđi nătíchăs quay tr

l i kim lo iăđ lƠm gi mănĕngăl ngătĩnhăđi n Hi u ng c m ngătĩnhăđi n:ăLƠăhi u ng b

mặt v t li uăcóăs phơnăphối l iăđi nătíchădoă nhăh ng c aăcácăđi nătíchălơnăc n

Hi u ng Triboelectric x y ra khi cho hai v t li u ch mătáchănhauă(hi u ng ch mătáchă

đi n).ăLúcănƠyăs cóăđi nătíchăxu t hi n b mặt hai v t li u N u ta nối t i, do hi u ng c m ngătĩnhăđi n, s t o ra một b n c călƠăc căd ng,ăb n c căcònăl iălƠăc căơmă(cũngăcóăth lƠă

đ t), d năđ năcóămộtădòngăđi n ch y qua t i Hi u ng Triboelectric th ngăđ c quy choălƠă

hi u ngătiêuăc c trong cuộc sống hằngăngƠyăvƠăs phátătri n c a khoa học kỹ thu t.ăChúngătaăcóămộtăvƠiăvíăd minh họa sau v thi t h iăgơyăraăb i hi u ng Triboelectric.ăMáyăbayăđangă

bay s t oăraăcácăđi nătíchătrênăvỏ doămaăsátăv iăkhôngăkhí,ăđi uăđóăs nhăh ngăđ n giao ti p vôătuy n c aămáyăbay.ăHi năt ngătĩnhăđi nălƠămột trong nh ngănguyênănhơnăhƠngăđ u d n

đ n vi c m tăanătoƠnădoăcóăth gơyăcháyăn khi ti păxúcăv i nh ng ch t d cháy.ăKhiăđó,ăxeămangătheoăcácăch t d cháy,ăd n thìăph iăcóăbi năphápăx tĩnhăđi năđ phòngătránhăcháyăn Đối v iăcácăb ng m chăđi n t , s tĩnhăđi năcóăth vôătìnhăpháăh yăchúng;ăđ tránhăs vi căđóă

x y ra c năcóăcácăbi năphápănh ămặc trang ph c x tĩnhăđi nănh :ăgĕngătay,ăqu năáo,ăvòngăx tĩnhăđi n.ăCóăth nói,ăhi u ng Triboelectric ch y uăđ căcoiălƠăcóătácăđộngătiêuăc căđ n

cuộc sống hằngăngƠyăvƠăs n xu tădùănóăđƣăđ căconăng i bi tăđ n t r tălơu Chỉ nh ngănĕmă

g năđơy,ăhi u ng Triboelectric m iăđ cănghiênăc u rộngărƣiăvƠă ng d ng trong vi c chuy n

đ i t nĕngăl ngăc ăhọcăsangăđi nădùngăchoăcácăh thống ho tăđộng t c p ngu n,ăcácăd ánănĕngăl ngătáiăsinh,ầ

Trang 14

Hình 1.1: Tích lũy điện tích trên bề mặt Si [1]

Tíchălũyăđi nătíchătrênăb mặt Si v i s giaătĕngăsố l n cọ xátăt iăcùngăvị trí.ăHìnhă

1.1a th hi n b mặt v i số l n cọ xátăt 1ăđ n 8 Hìnhă1.1băth hi n đi n ápăsinhăraăt ngă

ng Hìnhă1.1c th hi n m tăđộ đi nătíchăb mặtăt ngă ng Mặcădùăhi u ng Triboelectric

đ c bi tăđ năhƠngăt r tălơu nh ngăs hi u bi t c aăconăng i v hi năt ngănƠyăr t h n ch Conăng iăđƣăth c hi năcácănghiênăc uăvƠămôăphỏngăquáătrìnhăTriboelectric bằngăcácăph ngăphápăkhácănhauănh ăắrollingăsphereătool-collecting”ăhayăắatomicăforceămicroscopyă(AFM)”.ă

Tuy nhiênăcácăph ngăphápănƠyăhoặc thi uăchínhăxácătrongăvi căđi u chỉnhăquáătrìnhăch m táchăđi n hoặcăkhôngăth hi nărõărƠngăcácăhìnhă nh v maăsátăđi n;ădoăđóăh uănh ăkhôngăth

đ tă đ c s thôngă hi u hi u ng Triboelectric Nh ngă nĕmă g nă đơy,ă cácă nhƠă khoaă học đƣă

ch ng minh mộtăph ngăphápăcóăth quanăsátărõăhi u ng Triboelectric m căđộ nanoăthôngă

qua s k t h p gi aăắatomicăforceămicroscopyă(AFM)”ăvƠăắscanning Kevin probe microscopy

(SKPM)” V i kh nĕngăki măsoátăchuy n dịchăđi nătíchăvƠăđoăl ngătĩnh,ăAFMăgiúpăcácănhƠă

khoa họcăquanăsátăs chuy n dịchăđi nătíchă cácăb mặt.ăTaăcóăth th yămôăhìnhămƠngămỏng

Si đ c cọ xátăliênăt c trong nhi u chu kỳ t iăcùngămột chỗ.ăHìnhă nhăSKPMăt ngă ng

sau mỗi chu kỳ maăsátăđ c hi n thị trongăhìnhă1.1aăvƠăcácăc uăhìnhăt ngă ngăđ c th hi n trongăhìnhă1.1băvƠăhìnhă1.1c.ăTrongătámăchuăkỳ maăsát,ăhi uăđi n th tĕngăt 0.1Văđ n 0.7 V vƠăm tăđộ đi nătíchătĕngăt 20ăμC/ đ nă125ăμC/

Trang 15

1.2 V t li ệu t o hiệu ứng Triboelectric

H uănh ăb t kỳ v t li uănƠoăchúngătaăbi tăđ uăcóăth t o hi u ngătĩnhăđi n, t kim lo i

đ n polymer, l aăvƠăgỗ, T t c v t li uănƠyăcóăth lƠăch t li uăđ ch t oăTENGS,ădoăđóă

ph m vi l a chọn v t li uălƠăr t rộng Tuyănhiênăkh nĕngăcho/nh n electron c a v t li u ph

thuộcăvƠoăkh nĕngăphơnăc c c aăchúng.ăB ngă1.1ăđ aăraămột số v t li uăthôngăth ng Một

v t li u phíaăd i c a chuỗi khi ch măvƠoăv t li uăphíaătrênăc a chuỗi s t oăraăđi nătích.ă

Hai v t li uăcƠngăcáchăxaănhauătrongăb ng,ăđi nătíchăđ căcƠngăl n.ăBênăc nh vi c l a chọn

v t li uămaăsátăđi nănh ătrongăb ng, c uătrúcăc aăcácăb mặtăcóăth đ c s aăđ i bằng kỹ thu t

v tălýăv i vi c t oăraăcácăph n t cỡ nanometăcóăhìnhăkimăt tháp,ăhìnhăhộp hoặcăbánăc u,

C uătrúcăb mặt r t quan trọng trong vi cătĕngăkh nĕngăti păxúcăb mặt gi aăcácăv t li u v i nhauăcũngănh ăhi u su t t oăraăđi n t hi u ngămaăsátăđi n.ăCácăph n t trênăb mặt v t li u cũngăđ cătĕngăhóaătínhăbằngăcáchăs d ngăcácăống nano hay chuỗi nano C uătrúcănanoătrênăcácăb mặtăcóăth thayăđ iătíchăch t ti păxúcăc aăchúng.ăCácăv t li u ti păxúcăcóăth đ călƠmă

bằng v t li u t ng h p,ănh ăcácăh tănanoănhúngătrongămaătr năpolymer.ăĐi uănƠyăkhôngăchỉ thayăđ i kh nĕngăch mătáchăđi n b mặtămƠăcòn hi u qu v i c m ngătĩnhăđi n

Bảng 1-1: Các vật liệu được sắp xếp theo trình tự khả năng nhận electron (cực âm) tăng dần và khả

năng cho electron (cực dương) giảm dần [2]

NgƠyănay,ăcácăthi t bị đi n t g n li n v iăcácăho tăđộng c aăconăng i v i m căđíchă

s c khỏe,ăanătoƠnăvƠătruy năthông.ăNgu nănĕngăl ng d iădƠoănh t c aăconăng iăchínhălƠănĕngăl ngăc ăhọcăhayăcácăchuy năđộng v tălýăc aăc ăth conăng i G năđơyăng i ta s

d ngănĕngăl ngătĩnhăđi năđ c t oăraătrênăb mặt c a hai v t li uăkhácănhauăkhiăchúngăđ c

ti păxúcăv tălý.ăCóăbốnăc ăch ho tăđộngăc ăb n: Vertical Contact-Separation Mode (Ch độ

Trang 16

phơnătáchăti păxúcădọc), Lateral Sliding Mode (Ch độ tr t), Single Electrode Mode (Ch độ

đ năc c), Freestanding Triboelectric-Layer Mode (Ch độ l pămaăsátăđi năkhôngăcóăgiáăđỡ)

1.3 Phơn lo i

1.3.1 Ch độ phơn tách ti p xúc dọc (Vertical Contact-Separation Mode)

Nguyênălýăho tăđộng c a Ch độ phơnătáchăti păxúcădọcăđ cămôăt b i s ghépănối

c a hi u ng ch mătáchăđi năvƠăc m ngătĩnhăđi n.ăHìnhă1.2a,ăbămôăt đ uăraăđi n v iăđi năápă

h m chăVocăvƠădòngăđi n ng n m ch Isc tr ngătháiăbanăđ u,ăkhôngăcóădòngăđi năđ c t o ra,ăkhôngăcóăs khácăbi t v đi n th gi aăhaiăđi n c că(Hình 1.2a-I) Khi hai t m polymer

ti păxúcăv i nhau, s chuy n dịchăđi nătíchădi n ra t i b mặt do hi u ngămaăsátăđi n

Hình.1.2: Thiết bị phát điện dựa trên hiệu ng Triboelectric trong trường hợp hở mạch và ngắn mạch

[3]

Nhìnă vƠoă B ng 1.1 ta th y polymethyl methacrylate (PMMA) nằmă trênă Polyamide (Kapton),ăvìăv yăkhiăchúngăti păxúcăv i nhau b mặt PMMA s mangăđi nătíchăd ng,ăb mặt Kaptonămangăđi nătíchăơm.ăNh kh nĕngăcáchăđi n c aăpolymerămƠăth i gian duyătrìădòngă

đi n do hi u ng Triboelectric t oăraălênăđ n nhi u gi đ ng h , th măchíănhi uăngƠy.ăVìăcácă

đi nătíchăchỉ tráiăd uătrênăhaiăb mặtănênăkhôngăcóăs khácăbi t gi aăđi n th haiăđi n c c, hay

ch aăcóădòngăđi năđ c t oăraă(Hìnhă1.2a-II)

Khi hai t m polymer b tăđ uătáchăra,ăs khácăbi t v đi nătíchăgi a hai c căcũngăb tăđ u (Hìnhă1.2a-III).ăTrongăquáătrìnhătách,ăVocăti p t cătĕngăchoăđ n khi Kapton tr v vị tríăbană

Trang 17

đ uăthìăđ tăgiáătrị c căđ iă(Hìnhă1.2a-IV, V) Mộtătínăhi uănh ăv y s đ c duy trìăv iăđi u

ki nălƠătr khángăđ uăvƠoăvôăcùngăl nădoăđangă ch độ h m ch N u nh n hai l p polymer

l i v i nhau, s khácăbi t v đi n th b tăđ u gi m d n K t qu lƠăVocăgi m t giáătrị tốiăđaă

v 0ă (Hìnhă 1.2a-V,ă VI).ă Tr ng h p ng n m ch, sau khi hai t mă polymeră đ c ti pă xúc,ăchúngăđ cătáchăra,ăcácăelectronădiăchuy n t đi n c cătrênăxuốngăđi n c căd iă(Hìnhă1.2b-

III) D năđ nădòngăđi n di chuy n t đi n c căd iălênăđi n c cătrênă(Hìnhă1.2b-IV) Khi hai

t măpolymerăđ c nh n l i v i nhau, kho ngăcách gi aăchúngăgi m d n,ăđi n c cătrênăcóăđi n

th caoăh năđi n c căd i.ăDoăđó,ăcácăelectronădiăchuy n t đi n c căd iălênăđi n c cătrên,ădòngăđi n s theo chi uăng c l iănh ăhìnhă1.2b-V, VI

1.3.1.1 C u trúc mi ng đệm (Spacer structure)

Thi t k đ u tiênăc a ch độ phơnătáchăti păxúcăTENGă(contact-separation)ăđ c th

hi năd i d ngăs ăđ (Hìnhă1.3) Gi a hai l păpolymerălƠăcácăl p x p ch ngălênănhauănh ă

mi ngăđ măvƠăđ c thi t k thu n ti n cho vi cătáchăđ t oăraăđi nătích.ăTaăth yătrongămôăhình,ămột t măkínhăđ căđặtăd i mộtăđi n c căđ călƠmăbằngănhôm.ăPh trênăđi n c călƠăl p

PMMA mỏng, ti pătheoălƠămột l păđ măcóăkho ng trống gi a Mặtătrênăc a l păKaptonălƠă

l pănhômălƠmăđi n c c, mặtăcònăl iăđ c ph b iăcácăs iăpolymerăkíchăcỡ nanomet (PNWs)

Mi ngăđ măđ călƠmăt polymerăcáchăđi n v i ch t k tădínhăhaiămặt gi cho kho ngăcáchăcố định gi aămƠngăKaptonăvƠăl păPMMAăbênăd i Trongăhìnhă1.3,ăcácăs iănanoăKaptonăđ c

minh họa v iă mƠuă khácă ch t n nă Kaptonă đ hi n thị rõă rƠngă mặcă dùă chúngă cùngă v t li u

Kapton

Hình 1.3: Cấu trúc miếng đệm (Spacer structure) [4]

1.3.1.2 C u trúc hình vòm (Arch-Shaped Structure)

C uă trúcă hìnhă vòmă TENGă d aă trênă hi u ng ch mă táchă đi n (contact electrification)

gi a l p polydimethylsiloxaneă(PDMS)ăphíaătrênăvƠăl pănhômăphíaăd iă(Hìnhă1.4a).ăTrongă

b ngă1.1,ăPDMSăvƠănhômălƠăhaiăv t li uăcóăkho ngăcáchăkháăl n,ădoăđóăkh nĕngăt oăraăđi n cũngăl n theo C uătrúcăhìnhăvòmăđ c uốn cong t nhiênăgiúpăchoăvi c ch măvƠătáchăc a hai

Trang 18

l p ti păxúcădi n ra hi u qu nh vƠoătínhăđƠnăh i c a c uătrúc.ăHìnhă1.4b,ăcălƠăc u t oăcácăl p

c a c uătrúcăhìnhăvòm.ăB tăđ uălƠăt măKaptonă(Hìnhă1.4b-i), ph trênălƠăl p Si dƠyă500ănmă

nh vƠoăcôngăngh l ngăđọngăh iăhóaăch tătĕngăc ng plasma (PECVD)

250°Că(Hìnhă1.4b-ii) Khi h xuống nhi tăđộ phòng,ăKaptonăs co l i nhi uăh năsoăv i Si vìăs khácăbi t v h

số dƣnăn nhi t c aăchúng.ăDoăđó,ăh s co l i v phíaăKaptonămộtăcáchăt nhiên.ăT m PDMS

đ c ch t o v i b mặtăcóănhi u ph n t giống kim t thápă m căđộ

nanometă(Hìnhă1.4b-iii) Cuốiăcùng,ăt măđi n c căđ căđặtălênătrên.ăĐối v i t măphíaăd i, mộtăláănhômă(Hìnhă

1.4c-i)ăđ c t oăkhuônăbằngăquyătrìnhăquangăkh că(photolithography),ăđặtălênăt mănhômălƠă

l p ch t quang d năd i d ngăcácăôăvuôngă(Hìnhă1.4c-ii); ti păđóălƠăl pănhômăcóăc uătrúcă

t ngăt , cuốiăcùngălƠăcácăph n t nhômăcóăc uătrúcăkhối hộp kíchăth cănanometă(Hìnhă

1.4c-iv)

Hình 1.4: Cấu trúc hình vòm (Arch-Shaped Structure) [5]

Hìnhă1.4a th hi n c uătrúcăhìnhăvòmăvƠăv t li u c uăthƠnh Hìnhă1.4băth hi n quyătrìnhă

ch t o l pătrên: i) l p Kapton, ii) l p Si ph lênătrên,ăiii)ăl p PDMS ph d i l p Kapton,

iv) l păđi n c c ph trênăl p Si Hìnhă1.4căth hi n quyătrìnhăch t o l păd i: i) l pănhôm,ă

Trang 19

l p PDMS v i c uătrúcăhìnhăcácăkimăt thápăquaăkínhăhi n vi Hìnhă1.4eăth hi n b mặt l p nhômăv i c uătrúcăcácăhìnhăhộpăquaăkínhăhi n vi

T mătrênăvƠăt măd iăđ c ch t oăcóăcùngăkíchăth căvƠăchúngăđ c g n v i nhau haiămép.ăDoăt măcóăPDMSăcongănênăkéoătheo t mănhômăcũngăcongătheo,ăđi uăđóăt o ra một

khe h t nhiênă gi a B mặt c a t măPDMSă(Hìnhă1.4d)ăvƠănhômă(Hìnhă1.4e)ăr t quan

trọng trong vi cătĕngăhi u qu n păđi nătíchăt hi u ngămaăsátăđi n Ho tăđộng c a TENG hìnhăvòmălƠăkhiăs d ng l cănénănênăchúng,ănh vƠoăc uătrúcămƠăsauăkhiăbị ép,ăhaiăt m l i tr

v tr ngătháiăbanăđ u.ăDoăđó,ăcóăth t o ra s táchăvƠăch m mộtăcáchăt nhiênăvƠăcóăchuăkỳ

1.3.1.3 C u trúc phơn tách đƠn hồi (Spring-Assisted Separation Structure)

ĐơyălƠăc uătrúcăTENGăđ năgi n nh ngăs năl ngăđi năcaoăđángăk b i s aăđ i b mặt

v t li u d aătrênăcácăh tănano.ăTENGăcóăc uătrúcăl p v i hai ch t n n,ănh ăđ cămôăt trong hìnhă1.5a.ăPMMAăđ c chọnălƠănguyênăli u cho ch t n nădoăchúngăcóătrọngăl ng nhẹ, d dƠngăx lýăvƠăchiăphíăth p

Hình 1.5: Cấu trúc phân tách đàn hồi (Spring-Assisted Separation Structure) [6]

Hìnhă1.5a th hi n c uătrúcăphơnătáchăđƠnăh i vƠăv t li u Hìnhă1.5bălƠăhìnhă nh th c t

c a thi t bị phátăđi n d aătrênăhi u ng Triboelectric Hìnhă1.5călƠăhìnhă nh c uătrúcăb mặt

l păvƠngăquaăkínhăhi n vi Hìnhă1.5dăth hi n quyătrìnhăch t o: hai l p PMMA bênăngoƠiăcùng,ăd i hai l p PMMA ph l păvƠng,ăph l păPDMSăd i l păPMMAăbênătrên,ăg n bốn lòăxoă bốn gócăc uătrúc

Trênăl păPMMAăphíaăd iălƠăl păđi n c c ti păxúc,ăđi n c c ti păxúcăđóngăvaiătròăv a lƠăđi n c c v aălƠăb mặt ti păxúc.ăL păđi n c c ti păxúcănƠyălƠămột l păvƠngămỏng v iăcácă

Trang 20

ph n t vƠngănhỏ cỡ nanomet.ăKhôngănh t thi t ph i s d ngăcácăph n t vƠng,ăcóăth s

d ngăcácăph n t lƠmăt kim lo iăkhácăph lênăl păvƠngămỏng.ăHìnhă1.5căchoăth y s phơnăbố

đ ngăđ u c aăcácăh tănanoătrênăb mặt,ăchúngăđ c s aăđ i c v mặt v tălýăvƠămặtăhóaăhọc

t măbênătrên,ăl păvƠngămỏng nằm gi a l p ch t n n vƠăl p PDMS Hai l p ch t n năđ c

k t nối b i bốnălòăxoăđ căcƠiăđặt cácăgóc,ăđ l i kho ngăcáchăgi aăcácăl p ti păxúc.ăTrongă

c uătrúcănƠy,ăcácălòăxoăđƠnăh iăcóănhi m v táchăhaiăb mặt ti păxúcăraăkhiăchúngăđ cănénă

v iănhauăđ t oăraăđi n.ăHìnhă1.5dăcho th yăcáchăch t o c a c uătrúcăTENGănƠyăđ năgi năh năcácăc u trúcăkhác.ăHìnhă1.5bălƠăhìnhă nh s n phẩm sau khi ch t oăhoƠnăthi n

1.3.1.4 C u trúc tích hợp nhiều l p (Multiple Layer Integration)

Cácăc uătrúcăTENGătr c chỉ cóămột l p duy nh t,ăđi uăđóăkhi nănóătr nênăkhóăkhĕnă

trong vi c ph i tốiă uăhóaăb mặtăđ đ m b oănĕngăl ngăđ uăra.ăDoăđóăc uătrúcănƠyăt p trung tĕngădi nătíchăb mặt c a TENG C uătrúcănƠyăcóăth nóiălƠămột c uătrúcăsángăt o c a TENG khiănóăđ c ch t o v i nhi u l păcóăd ng Zigzag

C uătrúcălƠăph ngăphápăđ năgi năđ nơngăcaoăcôngăsu t c aăTENGămƠăkhôngăc n m

rộng di nătíchăb mặt hay c uătrúcăvƠăv t li u b mặt.ăCôngăsu tăđ uăraăđ tăđ c g p nhi u l n mƠădi nătíchăb mặtăkhôngăthayăđ i C uătrúcăc a mộtăTENGăđaăl p linh ho t đ c th hi n trongăhìnhă1.6a.ăMộtămƠngămỏngăKaptonăcóăđộ dƠyă125ămicrometăđ c chọnălƠmăch t n n do tínhălinhăho tăvƠătrọngăl ng nhẹ.ăMƠngăKaptonăđ căđịnhăhìnhătheoăc uătrúcăZigzag bằng cáchăg p l i t iăcácăkho ngăcáchănh ănhauă(Hìnhă1.6b).ăThi t k Zigzagăchoăphépăc hai mặt

c a mỗiăngĕnăx păđ căcoiănh ăch t n n c aăTENG.ăTrongăhìnhă1.6a,ăTENGăbaoăg mănĕmă

l p, ba l păđ c hi n thị mặtătr căvƠăhaiăl păđ c hi n thị mặt sau Mỗi l p bao g m

mộtămƠngămỏngăpolytetrafluoroetylenă(PTFE)ăvƠămột t mănhôm v iăcácăph n t kíchăth c nanomet.ăHìnhă1.6căchoăth y s phơnăbố c aăcácăph n t nanoătrênăb mặt t mănhômăđóngăvaiătròăquanăătrọng trong vi cătĕngăc ngăcôngăsu tăđ u ra C uătrúcănƠyăđ căđóngăgóiăbằngăcáchă

cố địnhăcácăc nhănh ătrongăhìnhă1.6dăvƠăhình 1.6e C uătrúcănƠyăchoăth yătínhălinhăho tăcaoăvƠătĕngăcôngăsu tăđ u ra v iăph ngăth căđ năgi n

Hình 1.6: Cấu trúc tích hợp nhiều lớp (Multiple Layer Integration) [7]

Trang 21

Hìnhă1.6a th hi n c uătrúcăzigzagăvƠăv t li u Hìnhă1.6b th hi n c uătrúcăt ng l p Hìnhă1.6călƠăhìnhă nh b mặt v t li u qua kínhăhi năvi.ăHìnhă1.6dălƠăhìnhă nh th c t c m

bi n

1.3.2 Ch độ tr ợt (Lateral Sliding Mode)

C ăch phátăđi năđ cămôăt trongăhìnhă1.7 TrongăhìnhălƠămột cặp v t li u polymer,

chẳng h nănh ăNylonăvƠăPTFE,ăđ c l yălƠămộtăvíăd đ minh họaănguyênăt călƠmăvi c chung cóăth ápăd ng cho b t kỳ v t li uăkhác.ăKhiăhaiăv t li uăđ c ti păxúcăv iănhauă(Hìnhă1.7a),ă

b mặt c aăchúngăcóăs phơnăbố đi nătíchătráiăng cănhau.ăDoătínhăch t v t li uăkhácănhauă

nh ăđƣătrìnhăbƠyă ch ngătr c, b mặt v t li uălƠmăbằng Nylon s tíchăđi năd ng,ăb mặt

PTFE s mangăđi năơm.ăKhiăt măbênătrênăv i b mặtătíchăđi năd ngăb tăđ uătr tăraăngoƠiă(Hìnhă1.7b),ăvi c di chuy năđi nătíchăkhỏi mặt phẳngăđ c b tăđ u do s gi m di nătíchăb

mặt ti păxúc.ăĐi uănƠyăs t o ra mộtăđi nătr ngăcóăh ng t ph iăsangătráiăg nănh ăsongă

song v i b mặt hai t m, t o ra mộtăđi n th caoăh nă đi n c cătrên.ăS khácăbi tăđi n th nƠy t oăraădòngăđi n ch y t đi n c cătrênăxuốngăđi n c căd i

Hình 1.7: Chế độ trượt (Lateral Sliding Mode) [8]

Hìnhă1.7aăth hi n hai v t li u ti păxúcăhoƠnătoƠnăv i nhau,ăch aăxu t hi nădòngăđi n

gi a hai đi n c c Hìnhă1.7b cho th y v t li uătíchăđi năd ngătr tăraăngoƠi,ăxu t hi nădòngă

đi n t đi n c cătrênăđ năđi n c căd i Hìnhă1.7călƠăhìnhă nh hai v t li uătáchăr iănhauăhoƠnătoƠn,ăkhôngăxu t hi nădòngăđi n gi aăhaiăđi n c c Hìnhă1.7dăth hi n v t li uătíchăđi năd ngă

tr tăvƠoătrong,ăxu t hi nădòngăđi n t đi n c căd iăđ năđi n c cătrên

Trongăđi u ki nălýăt ng, kho ngăcáchăgi aăđi n c căvƠăl păpolymerălƠăkhôngăđángăk , vìăv y,ăl ngăđi nătíchătruy nătrênăcácăđi n c c x p xỉ bằngăl ngăđi nătíchătách ra t i b t kỳ

vị tríătr tănƠo.ăDòngăđi n v năđ căduyătrìăchoăđ n khi t măbênătrênătr t ra hẳnăngoƠiăsoăv i

t măbênăd iă(Hìnhă1.7c).ăKhiăt măbênătrênădiăchuy năng c l i, di nătíchăti păxúcăgi a hai

t măgiaătĕng,ăcácăelectronădịch chuy n t đi n c c trênăxuốngăđi n c căd i.ăĐi uănƠyăt o ra dòngăđi năđiăt đi n c căd iălênăđi n c cătrênă n aăcònăl i c a chu kỳ tr tă(Hìnhă1.7d).ă

Khi hai t m tr v vị tríăbanăđ u, t mătrênăti păxúcăhoƠnătoƠnăv i t măd i, s khôngăcònăs

chuy n dịchăđi nătíchăvƠăthi t bị tr v tr ngătháiănh ăhìnhă1.7a.ăTrongătoƠnăbộ chuătrìnhănƠy,ăquáătrìnhătr tăraăngoƠiăvƠătr tăvƠoătrongălƠăđối x ng

1.3.2.1 K t c u tr ợt (Plain-Sliding Structure)

C uătrúcănƠyăcóăhaiăt măkínhălƠmăch t n n hỗ tr đ đ m b oăđộ phẳng b mặt v iăkích

th c 71mmă xă 50ă mmă (Hìnhă 1.8a).ă MƠngă Nylonă (Polyamideă 6,6)ă vƠă PTFEă

Trang 22

(polytetrafluoroetylen)ălƠăăhaiăt m s ti păxúcăv i nhau khi t mătrênătr tălênăt măd i.ăCácă

l păđi n c căđ cădánătrênăb mặt c aăcácăt măkínhăđ quáătrìnhăch mătáchăđi n di n ra hi u

qu ăCácăt măđ c gi songăsongăvƠăti păxúcăv iănhau.ăKhiăcóăngo i l cătácăđộng, hai t m s

tr tăvƠoănhau.ăĐ tĕngăc ng m tăđộ đi nătíchătrênăb mặt, b mặtămƠngăPTFEăđ c t o theo

c uătrúcăcácăs iădơyănanoăbằngăcáchăs d ngăcácăplasmaăc m ng ICP (inductive coupled plasma),ăđi uănƠyăs lƠmătĕngăđộ nhámăc a b mặtăvƠătốiă uăhóaăb mặt ti păxúc.ăB mặtăđ c

hi n thị c th quaăkínhăhi năviăđi n t quétăSEMă(scanningăelectronămicroscopy)ă(Hìnhă1.8c).ă

B mặtăPTFEăđ c ph đ u c uătrúcădơyănanoăv i chi uădƠiătrungăbìnhă1.5ăµm.ăNh ăđ c

minh họaătrongăhìnhă1.8d,ăt măPTFEăđ c g n cố định, trong khi t măNylonăđ c g năvƠoă

mộtăđ ng ray phẳngăsongăsongăđ t o ra chuy năđộngătr tăkhiăcóăl căc ăhọc b t kỳ tácăđộng

Hình 1.8: Kết cấu trượt (Plain-Sliding Structure) [9]

Hìnhă1.8a lƠ thi t k c uătrúcăc a TENG hai tr ngătháiătr t: vị tríăch ng l pă(bênătrái)ăvƠă vị tríă táchă (bênă ph i) Hìnhă 1.8b lƠă hìnhă nhă phóngă đ i b mặt v t li u gi aă haiă mƠngă

polymer, cho th y m ng s i nanoăđ c ch t oătrênăb mặt PTFE Hìnhă1.8c cho th y c uătrúcă

b mặt v t li u v iăcácăs i nano quaăkínhăhi n vi gócănhìnă30º,ăhìnhănhỏ lƠă nhăđ căphóngă

đ iăh n Hìnhă1.8dălƠăhìnhă nh th c t c uătrúc

1.3.2.2 C u trúc đĩa quay (Rotation-Disk Structure)

C uătrúcăđĩaăquayăb n ch t v nălƠăc uătrúcătr t C uătrúcănƠyăcũngăcóăth đ c s d ng

cho s n xu tănĕngăl ngăthôngăquaăchuy năđộng quay M căđíchăthi t k lƠăh th păđi năápă

đ uăraănh ngătĕngăc ngădòngăđi năđ uăra,ădoăđóăt ngăcôngăsu tăđ u ra s khôngăthayăđ i

C uătrúcănƠyăcóăth đ cătáchăthƠnhăhaiăl păchínhăđ uăcóăd ngăhìnhăắqu t”,ămỗi l păchínhăcóă

bốnăắcánh”ăti păxúcă(Hìnhă1.9a).ă

Hìnhă1.9aălƠăhìnhă nh minh họa c uătrúcăđĩaăTENG,ăhìnhănhỏ phíaăd iăbênătráiăhi n thị

k t c uăcácăs iănanoăđ c t oătrênăb mặtăKapton.ăHìnhă1.9băchoăth yăcácăs i nano Kapton

v iăgócănhìnăt trênăxuống,ăhìnhănhỏ lƠăcácăs iănanoăđ căphóngătoăv iăgócănhìnă30º.ăHìnhă1.9călƠ hìnhă nh th hi n hai ph n c aăTENGălƠăl păKaptonăvƠăl pănhôm.ăHìnhă1.9dăth hi n

Trang 23

nguyênălýălƠmăvi c c a TENG trong một chu kỳ v i bốnăgiaiăđo n: ti păxúcătoƠnăph n,ăphơnătách,ăphơnătáchăhoƠnătoƠn,ăti păxúc;ătrongăđóăgiaiăđo năphơnătáchăvƠăti păxúcăt oăraădòngăđi n

gi aăhaiăđi n c c

Hình 1.9: Cấu trúc đĩa quay (Rotation-Disk Structure) [10]

Khi ch t o c uătrúcăTENGănƠy,ăhaiăt măpolymethylămethacrylateă(PMMA)ăđ c x lýă

bằngă cáchă c tă laseră đ đ că hìnhă d ngă ắqu t bốnă cánh”.ă Đối v i l pă d i,ă phíaă trênă l p PMMAălƠăl păvƠngămỏngălƠmăđi n c căvƠăl păKaptonădƠyă50ăµmălƠmăb mặt ti păxúc.ăT t c

đ uăđ c c tăđúngăv iăhìnhăd ng c aăPMMA.ăĐối v i l pătrên,ăphíaăd i l păPMMAălƠăl p nhômăđ c c tăhìnhăd ngăt ngăt dùngălƠmăđi n c căđ ng th iălƠăb mặt ti păxúcăv i Kapton

l păd i.ăĐ tĕngăhi u su tăđi năđ u ra gi a l păKaptonăvƠăl pănhôm,ăb mặtăKaptonăđ c

ch t o theo c uă trúcă Nanorodă Kaptonă (NR)ă bằngă cáchă s d ng plasma c m ng ICP

(inductive coupledăplasma)ă(Hìnhă1.9a).ăHìnhă nh c aăKaptonăNanorodăđ c hi n thị quaăkínhă

hi năviăđi n t quétăSEMă(ScanningăElectronăMicroscopy)ă(Hìnhă1.9b).ăSauăhaiăphútăs d ng

plasma c m ngă ICP,ă cácă ph n t Nanorodă Kaptonă đ că phơnă bố đ ngă đ uă trênă b mặt

Kapton v iăđ ngăkínhă150ănmăvƠăchi uădƠiă600ănm.ăHìnhă1.9călƠă nh ch p hai l păKaptonăvƠă

l pănhômăhìnhăcánhăqu t v iăđ ngăkínhă4ăinch.ăT ng di nătíchăb mặt c a c uătrúcănƠyălƠă

40.54 cm2

Trang 24

1.3.2.3 K t c u xi lanh quay (Rotation-Cylinder Structure)

C uătrúcăTENGănƠyăcóăhìnhătr đ ng tr căđ c t oăraăđ thu ho chănĕngăl ngăc ăhọc

t s quay C uătrúcănƠyăcóă6ăl pă(Hìnhă1.10a),ămột tr căđ c k t nối v iăđộngăc ăquayăvƠă

một ống rỗngăđ c g n cố định đơy,ăacrylicăđ c chọnălƠmăv t li u vỏ cho ph n ống do

trọngăl ng nhẹ, kh nĕngăgiaăcôngătốtăvƠăđộ b năphùăh p.ăTrênăb mặtăbênătrongăc a ốngălƠăcácăd i kim lo iălƠmăbằngăđ ngăđ căphơnăbố đ ngăđ u, t oăraăcácăkho ngăkíchăth c bằng

nhau Nh ng d i kim lo iănƠyăđóngăvaiătròăv aălƠăb mặt ti păxúc,ăv aălƠ đi n c c,ăđ c k t

nối v i một thanh bus cuối.ă Đối v i ph n tr c, l p b mặtă trênă cùngă lƠă mƠngă

polytetrafluoroetylen (PTFE) B mặtăPTFEăcóănhi u ph n t nanoăphơnăbố đ uăđ tĕngăhi u

qu chuy năđ iănĕngăl ng.ăCácăh t nano PTFE v iăđ ngăkínhătrungăbình 100 nm tr iăđ u trênăb mặtănh ătrongăhìnhă1.10b.ăDi nătíchăb mặt c a l p PTFE c a tr căvƠăcácăd i kim lo i

c a ph n vỏ đ c thi t k v a kh p v iănhauănh ăhìnhă1.10c.ă

Hình 1.10: Kết cấu xi lanh quay (Rotation-Cylinder Structure) [11]

Trang 25

Hìnhă1.10aălƠăc uătrúcăTENGăxoayăv iăsáuăd i Hìnhă1.10băchoăth y cácăh tănanoătrênă

b mặt PTFE Hìnhă1.10căth hi n hai v t li u ti păxúcăhoƠnătoƠnăquaăsáuăd i,ăch aăxu t hi n dòngăđi n gi aăhaiăđi n c c Hìnhă1.10d lƠăhìnhă nh hai v t li uătrongăquáătrìnhăphơnătách,ă

xu t hi nădòngăđi n gi aăhaiăđi n c c Hìnhă1.10e lƠăhìnhă nh hai v t li uăphơnătáchăhoƠnătoƠn,ăkhôngăcóădòngăđi n gi aăhaiăđi n c c Hìnhă1.10făchoăth y hai v t li uăđangătrongăquáătrìnhăti păxúc,ăxu t hi n dòngăđi n theo chi uăng c l i gi aăhaiăđi n c c

C uătrúcăTENGănƠyăd aătrênăchuy năđộngătr tăt ngăđối c aăcácăb mặt T i vị tríă

thẳngăhƠng,ăcácăbộ ph n c a cặpătr tăhoƠnătoƠnăkh pănhauăvìăcùngămộtăgócătrungătơm.ăTrênă

b mặt ti păxúcăc a l păPTFEăvƠăcácăd i kim lo i,ăquáătrìnhădịch chuy năđi nătíchădi n ra Do

s khácăbi t v v t li uănh ăđƣăgi iăthíchă cácăc uătrúcăkhác,ăcácăd i kim lo i s mangăđi n tíchăd ngă b mặt, l p PTFE s mangăđi nătíchăơmă(Hìnhă1.10c).ăKhiăl p PTFE dịch chuy n

ra xa d i kim lo iăcũngălƠălúcăhìnhăthƠnhădòngăelectronădịch chuy n t đi n c c c a tr călênă

đi n c c c a vỏ,ăhayădòngăđi n t đi n c c t vỏ đ năđi n c c tr că(Hìnhă1.10d).ăKhiăd i PTFEătr t ra khỏi d i kim lo iăthìăd i PTFE k ti p s di chuy năđ n ti păxúcăv i d i kim

lo iăđóădoănguyênălýăxoayăquanhătr c,ălúcănƠyăs xu t hi nădòngăđi n theo chi uăng c l i (Hìnhă1.10f).ăTr căxoayăliênăt c,ăcácăd iăPTFEătr tălênăcácăd i kim lo i mộtăcáchătu năhoƠn,ă

đi uăđóăt oăraădòngăđi n

1.3.2.4 C u trúc kim lo i lỏng (Liquid-Metal Structure)

C uătrúcănƠyăbaoăg m hai ph n,ănh ăđ cămôăt trongăhìnhă1.11a Một ph nălƠămộtălát,ă

bao g m v t li uăđ ti păxúcăđi n c c; ph năcònăl iălƠăkimălo i lỏng V t li u ti păxúcăcóăth lƠă

b t c v t li uă cáchă đi nă nh ă polyimide (Kapton), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethyleneăterephthalateă(PET),ầăĐối v i kim lo i lỏng,ăcóănhi u l a chọnănh ăth yăngơn,ăgallium,ầăHìnhă1.11ămôăt cáchăth călƠmăvi c c a c uătrúcănƠy.ăKhiălátăkimălo iăđ cănhúngă

một ph năvƠoăkimălo i lỏng thìăs t o ra s maăsát.ăDoăs khácăbi t v ch t li u, b mặtălátă

kim lo i s tíchă đi nă ơm,ă ph n ti pă xúcă c a dung dịch kim lo i s tíchă đi nă d ngă (Hìnhă

1.11b-i) Khi b tăđ uătáchălátăkimălo i ra khỏi ch t lỏng,ălúcănƠyăxu t hi nădòngăđi năcóăchi u điăt ch t lỏng t iălátăkimălo iă(Hìnhă1.11b-ii).ăKhiălátăkimălo iăđ cătáchăhoƠnătoƠnăthìăs khôngăcóădòngăđi nă(Hìnhă1.11b-iii).ăKhiănhúngălátăkimălo iăvƠoăch t lỏng,ălúcănƠyăxu t hi n dòngăđi năcóăchi u t đi n c c t i ch t lỏng kim lo iă(Hìnhă1.11b-iv).ăNh ăv y,ătoƠnăbộ quáătrìnhăs d năđ năđ uăraălƠădòngăxoayăchi u AC

Hình 1.11: Cấu trúc kim loại lỏng (Liquid-Metal Structure) [12]

Trang 26

Hìnhă1.11aăth hi n c uătrúcăTENGăkimălo i lỏngăvƠăv t li u Hìnhă1.11băchoăth y chu

kỳ lƠmăvi c g mă4ăgiaiăđo n:ănhúngăhoƠnătoƠn,ătách,ătáchăhoƠnătoƠn,ănhúng;ătrongăđóăquáătrìnhătáchăvƠănhúngăt oăraădòngăđi n

1.3.3 C u trúc đơn cực (Single-Electrode Mode)

Nguyênălýăho tăđộng c a c uătrúcănƠyăcóăth đ cămôăt nh ătrongăhìnhă1.12.ăHình 1.12

s d ngăvíăd v ch độ ti păxúcăgi aădơyăd năvƠăđi nămôi.ă tr ngătháiăbanăđ u, l pănhômăvƠă

l păFEPă(fluorinatedăethyleneăpropylene)ăđ c ti păxúcăv iănhau.ăKhiăđóădi n ra s chuy n

dịchăđi nătíchăb mặt mỗi ch t Do s khácăbi t v ch t li u, b mặt l pănhômăs tíchăđi n

d ng,ăb mặt FEP s tíchăđi năơm.ăĐi uăđángăchúăýă đơyălƠătínhăch tăcáchăđi n c aăcácăpolymerăchoăphépăduyătrìăđi năápătrongăth iăgianădƠiătrongăvƠiăgi hoặcăvƠiăngƠy.ăVìăcácăđi n tíchănƠyăchỉ gi i h nătrênăb mặtănênăkhôngăt o raădòngăđi n gi a hai c că(Hìnhă1.12a).ăKhiă

l păFEPăđ cătáchăraăkhỏi l pănhôm,ămột s khácăbi t v đi n th đ c thi t l p gi aăhaiăđi n

c c (hoặc gi aăđi n c căs ăc păvƠămặtăđ t n u mặtăđ tăđ căcoiălƠăđi n c c th hai) Khi l p FEPăđ cătáchăra,ăVocăti p t cătĕngăchoăđ năkhiăđ tăgiáătrị tốiăđaă(khiăl păFEPăđiăđ n vị tríătáchătốiăđaăc aănó).ăĐi uăđóăcóănghĩaăxu t hi nădòngăđi năđiăt l pănhômăxuống l păđ ng (Hìnhă1.12b).ăKhiăl păFEPăđ xa, s khôngăxu t hi nădòngăđi n gi a hai c că(Hìnhă1.12c).ă

Khi l p FEP ti n l i g n l pănhôm,ăs xu t hi nădòngăđi n theo chi uăng c l i Khi l p FEP

ti păxúcăvƠoăl pănhôm,ăhi uăđi n th bằngăkhông,ăh quay tr l i tr ngătháiăbanăđ uă(Hìnhă

1.12a)

Hình 1.12: Cấu trúc đơn cực (Single-Electrode Mode) [13]

Trang 27

Hìnhă1.12aăchoăth y hai v t li u ti păxúcăhoƠnătoƠn,ăkhôngăcóădòngăđi n gi aăhaiăđi n

c c Hìnhă1.12băth hi n một v t li uăđ căphơnătáchăraăxaăv t li uăcònăl i, xu t hi nădòngă

đi n gi aăhaiăđi n c c Hìnhă1.12căth hi n v t li uăđ cătáchăraăhoƠnătoƠn,ăkhôngăcóădòngă

đi n gi aăhaiăđi n c c Hìnhă1.12dăchoăth y một v t li u ti n l i g n v t li uăcònăl i, xu t hi n dòngăđi n gi aăhaiăđi n c c

1.3.3.1 C u trúc phơn tách l p (Contact-Separation Structure)

S ăđ c u t o c a c uătrúcăTENGănƠyăđ cătrìnhăbƠyătrongăhìnhă1.13a.ăDoătínhăb năvƠă

trọngăl ng nhẹ,ăacrylicăđ c s d ngălƠmăv t li u n n Ph trênă l p n nălƠăl pănhômăcóă

nhi m v v aălƠăđi n c c v aălƠăb mặt ti păxúc.ăMƠngăpolymerăcóăth lƠăpolyamideă(PA)

hoặcă polytetrafluoroethyleneă (PTFE)ă đ c ph trênă mƠngă Kapton,ă đ c uốn th côngă đ n

d ngăvòmăvƠăđ c cố địnhătrênăđ acrylic phằng bằngăcáchăs d ngăbĕngăKapton.ăC uătrúcănƠyătĕngăđi u ki n ti păxúc,ăphơnătáchăgi a l pănhômăv i l păPA/PTFE.ăHìnhă nh th c t c a môăhìnhăTENGănƠyăcóătrongăhìnhă1.13b,ăchỉ cóămộtăđi n c căđ c ch t o,ăđi n c căcònăl iălƠă

mặtăđ t.ăHìnhă1.13căchoăth yăhìnhă nhăquaăkínhăhi năviănguyênăt l c AFM (Atomic force

microscope) c aămƠngăPAăvƠăPTFEăv i di nătíchăđoălƠă20ăμmăỪă20ăμm So v i b mặt c a

PTFE, b mặt c a PA cho hi u su tăđ u ra l năh n,ătrongăđóăc uătrúcănanoăcóăchi u cao trung bìnhăkho ng 100 nm

Hình 1.13: Cấu trúc phân tách lớp I (Contact-Separation Structure) [14]

Hìnhă1.13aălƠăs ăđ c uătrúcăTENGăvƠăv t li u Hìnhă1.13bălƠăhìnhă nh th c t c uătrúc Hìnhă1.13călƠ hìnhă nh b mặt v t li uăPAăvƠăPTFEăv i di nătíchăđoă20μmỪ20μm

Trang 28

Hình 1.14: Cấu trúc phân tách lớp II (Contact-Separation Structure) [15]

Hìnhă1.14aălƠăs ăđ c uătrúcăvƠăv t li u: i) hai l p ti păxúcăđặtăbênăc nh, ii) hai l p ti p xúcăđặt x p ch ngălênănhau Hìnhă1.14b lƠ c uătrúcăb mặt v t li u v iăcácăph n t kim t tháp Hìnhă1.14călƠăhìnhă nh th c t c uătrúcăTENG

Hìnhă1.14aăchoăth y một c uătrúcămƠătrongăđóăl păPDMSăđ c t oăkhuônăv iăcácăph n

t kim t thápăviămôăđóngăvaiătròălƠăb mặtămaăsát,ăđ c ch t oătrênăđ PETădƠyă125ămm.ă

Một l păITOăđ cădùngălƠmăđi n c c ph lênămặt ch t n n PET L păđ t lƠăl păđ ngădƠyă100ămmăvƠăđ căcoiălƠăđi n c c tham chi u.ăNh ăv y, vị tríăc aăđi n c c tham chi uăkhôngăliênăquanăđ n ho tăđộng c a thi t bị V i mỗi ng d ngăkhácănhau,ăđi n c c tham chi uăcóăth

đ căđặtăbênăc nhă(Hìnhă1.14a-i) hoặcăbênăd iă(Hìnhă1.14a-ii) so v iăđi n c c c m ng Khi

mộtăngónătayăhoặc một v t th ti păxúcăv i b mặt PDMS hoặc PET c a TENG, b mặt v t

th nƠyăs đóngăvaiătròălƠămột b mặtămaăsát,ăt oăthƠnhămột cặpămaăsátăv i b mặtămaăsátăcố định.ăVùngămaăsátăhi u qu c aăTENGălƠăkho ng 1,5ăcmăỪă2,5ăcm.ăHìnhă1.14băchoăth yăhìnhă

nh c a l păPDMSăquaăkínhăhi n vi SEM (Scanning Electron Microscope) Chi u cao c aăcácă

ph n t hìnhăkimăt thápătrênăb mặtălƠă10ăμm, kho ngăcáchăgi aăcácăkimăt thápălƠă20ăμm Hìnhă1.14călƠăhìnhă nh th c t c a thi t bị nƠy

1.3.3.2 C u trúc tr ợt bên (Lateral Sliding Structure)

Hìnhă1.15aăminhăhọaăs ăđ nguyênălýăc a c uătrúcătr tăbênă ch độ đi n c căđ n,ăbaoă

g m l pănhômăvƠăl păPTFE,ătrongăđóănhômăđóngăvaiătròăv aălƠăđi n c c v aălƠăb mặtămaăsát.ă

Trang 29

Hình 1.15: Cấu trúc trượt bên (Lateral Sliding Structure) [16]

Hìnhă1.15aălƠăhìnhă nh c uătrúcăTENGăvƠăv t li u Hìnhă1.15bălƠăhìnhă nh b mặt l p

PTFE v i c uătrúcăh t nano kh c Hìnhă1.15călƠăhìnhă nh AFM c a b mặt PTFE

T măPTFEăvƠăt mănhômăđ c gi song song v iănhau.ăKhiăcóăl cătácăđộng, hai t m

tr tălênănhau.ăThôngăth ng, hi u su tăđ u ra c aăTENGăcóăth đ cătĕngăc ng bằngăcáchătĕngăđộ nhámăb mặtăvƠădi nătíchăb mặt c a v t li u.ăĐ tĕngăm tăđộ đi nătích b mặt PTFE, nóă cóă th đ c kh că khôă bằngă cáchă s d ng plasma c m ng ICP (Inductively Coupled

Plasma)ăđ t o c uătrúcăh tănano.ăHìnhă1.15băhìnhă nh c a b mặtăPTFEăquaăkínhăhi n vi đi n

t quétăSEMă(ScanningăElectronăMicroscopy) v i c uătrúcăh tănanoăcóăđ ngăkínhătrungăbìnhă

kho ng 200 nm B mặtă PTFEă đ că môă t rõă h nă quaă kínhă hi n vi l că nguyênă t AFM

(Atomic Force Microscope)ă(Hìnhă1.15c)

1.3.4 Ch độ l p ma sát điện không cố đ nh (Freestanding Triboelectric-Layer Mode)

1.3.4.1 Ch độ tr ợt (Sliding Freestanding Triboelectric-Layer TENG)

Lo iăđ uătiênăc a c uătrúcănƠyăd aătrênăhi u ngăápăđi n gi a l păđi nămôiăt doăvƠăhaiă

l p kim lo i, hai l p kim lo iănƠyăđóngăvaiătròăv aălƠăl p ti păxúcăv aălƠăhaiăđi n c că(Hìnhă

1.16a) V t li uăđ c chọnălƠănhômăvƠăfluorinatedăethyleneăpropyleneă(FEP).ăT măFEPăđ c

thi t k v iăkíchăth căhìnhăch nh tă7ăcmăỪă5ăcm,ăsauăđóăđ cădánăvƠoăch t n nălƠmăbằng acrylicăcóăcùngăkíchăth c.ăĐ c i thi n m tăđộ đi nătích,ăb mặt c a l păFEPăđ c t oăđộ nhámăbằng plasma c m ng ICP (Inductive Coupling Plasma) Hai t m kim lo iălƠmăbằng nhômăhìnhăch nh tăcóăkíchăth căđ căđặtătrênăch t n n acrylic Chi uădƠiăLăc aăđi n c c

dọcătheoăh ngătr tălƠă5ăcm,ăkho ngăcáchăgi aăhaiăđi n c căcũngălƠămộtăthôngăsố quan trọng

c a thi t bị (Hìnhă1.16b<i>).ăKhiăcóăl cătácăđộngăvƠoăh , l păFEPătr t qua l i gi aăhaiăđi n

c că(Hìnhă1.16).ăKhiăt măFEPătr t so v iăcácăđi n c cănhôm,ăb mặt FEP s tíchăđi năơm,ăb

mặtănhômăs tíchăđi năd ng.ăT i vị tríăt m FEP ti păxúcăhoƠnătoƠnăv i t mănhôm,ăchỉ cóăs

dịch chuy năđi nătíchătrênăb mặt,ăch aăcóăs xu t hi nădòngăđi năđiăquaăđi n c c.ăL ng

đi nătíchăơmătíchătrênăb mặtăFEPăcơnăbằng v iăl ngăđi nătíchăơmătrênăb mặtăđi n c c Khi

Trang 30

FEP vị tríăch ng l păhoƠnătoƠnăsoăv iăđi n c c th nh tă(víăd nh ăđi n c căbênătráiănh ătrongăhìnhă1.16bă<i>),ăcácăđi nătíchăd ngă đi n c căđóăs bị hútălênăb mặt ti păxúc.ăSauăđó,ă

khi l păFEPătr t v đi n c căbênăph iă(Hìnhă1.16bă<ii>),ăs cóăs xu t hi n c aădòngăđi năđiă

t đi n c cătráiăsangăđi n c căbênăph i,ăđóălƠăn a chu kỳ đ uătiênăc aăquáătrìnhăs n xu tăđi n KhiăFEPăđ n vị tríăch ng l păhoƠnătoƠnăsoăv iăđi n c căbênăph i,ătuyăcóăs tíchăđi năơmătrênă

b mặt l păFEPăvƠăđi năd ngătrênăb mặtăđi n c c,ănh ngăkhôngăt n t iădòngăđi năđiăquaăhaiă

đi n c că(Hìnhă1.16b <iii>) Khi t măFEPătr tăng c l i t đi n c căbênăph iăsangăđi n c c bênătrái,ăs xu t hi nădòngăđi năđiăt đi n c căbênăph iăsangăđi n c căbênătráiă(Hìnhă1.16bă

<iv>),ăđơyăcũngăchínhălƠăn a sau c aăchuătrìnhăt oăraăđi n c a c uătrúcăTENGănƠy

Hình 1.16: Chế độ trượt (Sliding Freestanding Triboelectric-Layer TENG) [17]

C uătrúcăthi t bị vƠănguyênăt călƠmăvi căc ăb n c a ch độ maăsátăđi năkhôngăcóăgiáăđỡ: Hìnhă1.16aălƠăc uătrúcăvƠăv t li u Hìnhă1.16b lƠ nguyênălýăho tăđộngăđi nămôi-ch t d năđi n

ch độ tr t ti păxúc.ăHìnhă1.16călƠ nguyênălýăho tăđộngăđi nămôi-ch t d năđi n ch độ

tr tăkhôngăti păxúc Hìnhă1.16dălƠănguyênălýăho tăđộngăđi nămôi-đi nămôi.ă

Trang 31

1.3.4.2 Ch độ ti p xúc (Contact Freestanding Triboelectric-Layer TENG)

C uătrúcăđ c th hi nătrongăhìnhă1.17a.ăBộ khung c a c uătrúcănƠyăđ c t oăthƠnhăb i cácăt m acrylic c t laser Hai l pănhômăđ c g n cố địnhăvƠoăacrylicăsongăsongăv iănhauăvƠăcáchănhauă2ăcm,ăđóngăvaiătròălƠăhaiăđi n c căđ ngăyên c a c uătrúcăTENGănƠy.ă gi a hai l p nhômălƠămột l păacrylicăkhácădƠyă1.6ămmăđ c s d ngălƠmăthƠnhăph nădaoăđộng b i bốnăgócă

c a l pănƠyăđ c g nă8ălòăxoăk t nối v i bộ khung c a c uătrúc,ăt t c lòăxoănƠyăđ uăcóăđộ

c ngălƠă33.3ăN/m

Hình 1.17: Chế độ tiếp xúc (Contact Freestanding Triboelectric-Layer TENG) [18]

Hìnhă1.17aălƠăc uătrúcăthi t bị vƠăv t li u Hìnhă1.17bălƠăc uătrúcăb mặtămƠngăFEPăv i cácăs i nano Hìnhă1.17călƠăhìnhă nh th c t b mặtămƠngăFEPăquaăkínhăhi n vi Hìnhă1.17dălƠ

nguyênălýăho tăđộng c a thi t bị

Hai l p FEP (Fluorinated Ethylene Propylene) mỗi l pădƠyă50ăµmăđ c ph lênăhaiămặt

c a l p acrylic gi a.ăKhiăcóăngo i l cătácăđộng v iăbiênăđộ đ l n, t m FEP s di chuy n

Trang 32

theo chi u thẳngăđ ng do l căđƠnăh i c aălòăxo.ăKhiăt m FEP ch măvƠoăl păđi n c cănhôm,ăs cóăhi năt ngătíchăđi năápă b mặt v t li u, l păFEPătíchăđi năơm,ăl pănhômătíchăđi năd ng.ăVìăFEPălƠăv t li uăđi nămôiănênăđi nătíchătrênăb mặt cóăth đ căl uăgi trong kho ng th i gianădƠi,ăngayăc khiăkhôngăcóăs liênăh v tălýăgi aăFEPăvƠănhômăsauăchuăkỳ ho tăđộng

Đ tĕngăc ngăh năn a kh nĕngătíchăđi nătrênăb mặt, b mặtăFEPăđ c kh c bằng

ph ngăphápăkh c plasma c m ng ICP (Inductive Coupling Plasma)ăđ t o ra c uătrúcăph n

t nanoătrênăb mặtă(Hìnhă1.17b).ăĐi uănƠyălƠmătĕngăđộ nhámăb mặtăvƠădi nătíchăb mặtăgiúpănơngăcaoăkh nĕngătíchăđi n.ăNh ăđ c th hi năthôngăquaăkínhăhi năviăđi n t quétăSEMă

(Scanning Electron Microscopy)ă (Hình 1.17c),ă cácă ph n t nanoă phơnă bố thẳngă hƠngă cóă

đ ngăkínhătrungăbìnhă100ănmăvƠăchi uădƠiăx p xỉ 1ăµm

1.3.4.3 C u trúc l i tuy n tính (Linear-Grating Structure)

C uă trúcă đ că môă t trongă hìnhă 1.18a.ă V t li uă đ c l a chọn cho c uă trúcă nƠyă lƠă

fluorinated ethyleneăpropyleneă(FEP)ăvƠănhôm.ăAcrylicăd c l a chọnălƠmăv t li u cho ch t

n n.ăĐ nơngăcaoăhi u su tămaăsátădi n, c uătrúcăcácăph n t nanoăđ căđ aăvƠoăb mặt FEP thôngăquaăph ngăphápăkh c plasma c m ngăICPă(Hìnhă1.18b).ăQuáătrìnhătíchăđi năđ c th

hi nătrongăhìnhă1.18c

Hình 1.18: Cấu trúc lưới tuyến tính (Linear-Grating Structure) [19]

Hìnhă1.18aălƠăc uătrúcăthi t bị vƠăv t li u Hìnhă1.18bălƠ hìnhă nh th c t quaăkínhăhi n

ặt v t li u FEP Hìnhă1.18călƠ nguyênălýălƠmăvi c c a thi t bị

Trang 33

1.3.4.4 C u trúc đĩa xoay I (Rotation-Disk Structure I)

Nh ăđ c minh họaătrongăhìnhă1.19a,ăc uătrúcăTENGănƠyăg m hai ph năchính:ăph n

quay t do c a l păđi nămôiăvƠăph năđi n c c cố định Ph năquayăđ c ch t o t mƠngămỏng

fluorinated ethylene propylene (FEP) v iăđộ dƠyă50ăμm.ăL păFEPăđ c c tălaserăthƠnhăhìnhăcóăbốn ph nănh ăhìnhăv vƠăđ c g nătrênăch t n năacrylicăcóăhìnhăd ngăt ngăt ăHaiăđi n

c căđ căđặtăvƠoăl p cố định,ăkhôngăđặtăvƠoămƠngăFEP,ăchoăth yănĕngăl ngăcóăth thu ho ch

mộtăcáchălinhăho tăkhiăcóăl cătácăđộng Ph nătĩnhăg măhaiăláănhômăriêngăbi tăcóăđộ dƠyă50ăμmăvƠăđ ngăkínhă4ăinchăđ c g nătrênăđĩaăacrylicăhìnhătròn,ăhaiăt mănhômănƠyăchínhălƠăhaiăđi n

c c.ăĐ tĕngăc ng m tăđộ đi nătíchătrên b mặt, b mặt l păFEPăđƣăđ c s d ngăph ngăphápăplasmaăc m ng ICP (Inductively Coupled Plasma)ăđ t oăraăcácăph n t nano nh vƠoă

ph n ng RIE (Reactive Ion Etching) B mặtă đi n c că nhômă đ c s d ngă ph ngă phápă

quang kh căđ t oăraăcácăph n t nano d ng khối hộp.ăHìnhă nh b mặtăđ c th hi n qua kínhăhi năviăđi n t quétăSEMătrongăhìnhă1.19b,ăc

Hình 1.19: Cấu trúc đĩa xoay I (Rotation-Disk Structure I) [20]

Hìnhă1.19aălƠ c uătrúcăthi t bị vƠăv t li u Hìnhă1.19bălƠăhìnhă nh th c t b mặt FEP quaăkínhăhi n vi Hìnhă1.19călƠăhìnhă nh th c t b mặt nhômăquaăkínhăhi n vi

1.3.4.5 C u trúc đĩa xoay II (Rotation-Disk Structure II)

ĐơyălƠămột c uătrúcăTENGănhi u l p, bao g m ch y uăhaiăthƠnhăph n, một ph n xoay vòngăvƠămột ph n cố địnhă(Hìnhă1.20a) Ph năxoayăvòngăđ căphơnăchiaătheoăchi u ngang thƠnhăcácăkho ng bằng nhau Ph n cố định g m ba l p, l păFEPăđ cădùngălƠmăb mặt ti p xúc.ăL păđi n c c bao g m hai m ngăđi n c căcóăcácărƣnhănh ăhìnhă1.20b, c.ăHìnhă nh th c t

c a c uătrúcăcóătrongăhìnhă1.20d, e

Hìnhă1.20aălƠăc uătrúcărotor.ăS ĕnăkh p gi aăđi n c căAăvƠăđi n c c B g nătrungătơmă

c aăstatoră(b)ăvƠăxaătrungătơmăc aăstatoră(c).ăHìnhă1.20dălƠăhìnhă nh th c t rotor.ăHìnhă1.20eălƠăhìnhă nh th c t stator

Trang 34

Hình 1.20: Cấu trúc đĩa xoay II (Rotation-Disk Structure II) [21]

1.4 ng d ng hiệu ứng Triboelectric

1.4.1 T ng quan ứng d ng

Vi căphátăhi n ra Triboelectric nanogeneratoră(TENG)ălƠăcột mốc quan trọngătrongălĩnhă

v c chuy năđ iănĕngăl ngăc ăhọcăthƠnhăđi nănĕng,ăgópăph năxơyăd ng h thống t cung c p nĕngăl ng.ăNóăcungăc p mộtămôăhìnhăhoƠnătoƠnăm iăđ thu ho chănĕngăl ngăc ăhọc hi u

qu s d ng v t li u h u c ăvƠăvôăc ăNgƠyănay,ăm tăđộ côngăsu t b mặtăđ c t o ra b i TENGăđ t t i 500W/ , m tăđộ côngăsu t khốiăđ t t i 15MW/ , hi u su t chuy năđ i t c

th iăđ t 70%, th măchíălênăt i 85% t t c đƣăđ căđoăđ căvƠăch ngăminhă(Hìnhă1.21)

Hình 1.21: Mật độ công suất (a) và hiệu suất chuyển đổi năng lượng (b) phát triển theo thời gian [22]

Trang 35

Tiêuăchuẩn v đoăl ngăcôngăsu t c aăTENGăđ c thi t l p.ăTENGăcóăth đ căápăd ng

đ thu ho chănĕngăl ngăc ăhọcăcóăsẵnănh ngălƣngăphíătrongăcuộc sống hằngăngƠyăc aăchúngătaănh ăđiăbộ,ăphímănh n, s căgió,ăsóngăbi n,ầă(Hìnhă1.22).ăH năn a,ăTENGăcũngăcóăth đ c

s d ngălƠmăc m bi n t c p ngu năđ ch độngăphátăhi năcácăquáătrìnhătĩnhăvƠăđộngăphátă

sinh t tácăđộngăc ăhọc bằngăcáchăs d ngăcácătínăhi uădòngăđi năvƠăđi năápăc aăTENGă(Hìnhă

1.22) C m bi nănh ăv yăkhôngăc n ngu năđi năbênăngoƠiăvìăchúngăcóăth t s năsinhăraăđi n

t cácătácăđộngăc ăhọc Bằngăcáchătíchăh păTENGăvƠoăc uătrúcăm ng,ănóăcóăkh nĕngăthuă

ho chănĕngăl ngăsóngăn cătrongăđ iăd ng,ăcóăth lƠămộtămôăhìnhăm iăchoăquyămôănĕngă

l ngăxanh,ăđóngăgópăl năchoănĕngăl ng b n v ng c a th gi iă(Hìnhă1.22)

Hình 1.22: ng dụng đa dạng c a Triboelectric [23]

1.4.2 Thu ho ch năng l ợng chuyển động c a cơ thể ng i

C ăth conăng iăđ c t oăraăđ di chuy n MỗiăngƠy,ămọi bộ ph nătrênăc ăth đ u

chuy năđộngăvƠăcácăchuy năđộngănƠyăkhácănhau.ăKhiădiăchuy năcánhătayăhoặcăchơnăcóăv nh ă

một nhi m v đ năgi nănh ngăchuy năđộngăđóăth c s r t ph c t p Chuy năđộngălƠăs thay

đ i vị tríăc a một v t theo th i gian so v i v tălƠmămốc Khi chuy năđộng x y ra, s cóăs khácăbi t v tr ngătháiăh thốngăc ăth nh ăh thốngăx ng,ăh thốngăc ăb p, h tim m ch, h

th năkinh,ầăĐ chuy năđộngăthìăcácăh thốngănƠyăt ngătácăv iănhauăsaoăchoăthíchănghiăv i môiătr ngămƠăv t ch chuy năđộng Ngay c khi nh ng chuy năđộng nhỏ nh tăcũngăđòiăhỏi

s phối h p nhu n nhuy n gi aăcácăh thốngătrongăc ăth Khi chuy năđộng,ăc ăth s tácăđộng một l călênămôiătr ngăvƠăng c l i.ăNóiăcáchăkhác,ăkhiăchuy năđộngăc ăth s truy n vƠoămôiătr ngănĕngăl ng.ăL ngănĕngăl ngănƠyăcóăth đ c thu th păvƠăs d ng.ăVíăd ,

t iăphòngăt p th hình,ăv i mỗiăb c ch yătrênămáyăch y bộ,ănĕngăl ngătrênăc ăth đ c

chuy năhóaăthƠnh cácăchuy năđộng.ăSauăđó,ăcácăchuy năđộngănƠyăđ c thu th p l iăd i d ng

Trang 36

đi nănĕngăvƠăl ngăđi nănƠyăđ c s d ngănh ămột ngu năphátăđi n.ăNĕngăl ng thu th p

đ c t mộtăng iăcóăth khôngănhi u,ănh ngănhi uăng i s đóngăgópăđángăk đ n nhu c u nĕngăl ng c a mộtăc ăs ,ăgiúpăti t ki măđi nănĕngăhoặcăđ cădùngănh ăngu nănĕngăl ng

d phòng

Ngu nănĕngăl ng v tălýăđi năhìnhăc aăconăng iălƠăđộngănĕng.ăĐộngănĕngăc a con

ng iăđ c t oăraăd i nhi uăhìnhăth căkhácănhauănh ăchuy năđộngăcácăkh p m tăcáăchơn,

đ u gối,ăhông,ăcánhătay,ăkhuỷuătay,ầăTrongăsố cácăchuy năđộng c aăc ăth conăng i,ăcácă

chuy năđộngăchiăd i, chẳng h nănh ăchuy năđộng m tăcáăchơn,ăđ u gốiăvƠăhôngăt oăraănĕngă

l ngăc ăhọcăcaoăvìăcácăkh pănƠyăt oăraămô-men xo n l năh năcácăkh păkhácăc a conăng i Đặc bi t,ătrongăkhiăđiăbộ hoặc chuy năđộngădángăđi,ăcácăchuy năđộngănóiătrênălƠălặpăđiălặp l i định kỳ,ăđi uăđóăcóănghĩaănĕngăl ngăđ c thu ho chăliênăt c T n su t c aădángăđiăchuy n độngăth ng 0.5-3ăHz,ăt ngă ng v i tốcăđộ di chuy n 1.3-7.8ăkm/h.ăVìăth , nhi uănghiênăc u đƣăt pătrungăvƠoăvi c thu ho chănĕngăl ngăc ăhọcăđ c t oăraătrongăquáătrìnhăchuy năđộng

Chuy năđộng c aăconăng i th hi n ba ngu nănĕngăl ngăphùăh p cho thi t bị thu ho ch nĕngăl ng,ăđ cămôăt trongăhìnhă1.23.ăCóăhai kíchăthíchăd aătrênăgiaătốcăcácăngu n, mộtălƠăxungătĕngătốc khi s păđặtăgótăchơnăxuống mặtăđ t, t călƠătácăđộng gi aăgiƠyăvƠămặtăđ t;ăhaiălƠă

xung gia tốcăkhiăđuăchơnăv phíaătr c Ngu năkíchăthíchăcònăl iălƠăl cătácăd ngălênăgiƠyădoă

trọngăl ng c aăng i L cătácăđộngălênăđ giƠyăcóăth bằng 130% trọngăl ngăc ăth ng i bìnhăth ng, x p xỉ 1000 N

Hình 1.23: Năng lượng sinh ra do chuyển động chân [24]

Cácăthi t bị conăng iăđeoătrongăcuộc sống hằngăngƠyăđangăngƠyăcƠngăđ cătíchăh p

v iăcácătínhănĕngăc aăIoTă(InternetăofăThing).ăCácăthi t bị nƠyăcóănhi u lo iăvƠăngƠyăcƠngăph

bi n v iăconăng iănh :ăkínhăthôngăminh,ăqu năáoăthôngăminh,ăđ ng h thôngăminh,ầăMỗi

lo i thi t bị cóăyêuăc uăriêngăv côngăsu t ngu n t vƠiămiliWattăđ năvƠiăch căWattăđ ho t độngăbìnhăth ng Vi c s d ngăcácăthi t bị đeoătiêuăth l ngăđi nănĕngăl nălƠmătĕngătrọng

l ng c aăpinăvƠăc năđ c s căth ngăxuyên.ăDoăđó,ăcácăthi t bị thu ho chănĕngăl ngăđƣă

đ cănghiênăc uănh ălƠămột ngu nănĕngăl ng d tr cho pin hoặc một ngu nănĕngăl ng độc l p.ăKhiăđó,ăcácăthi t bị khôngăcóăh n ch liênăquanăđ nătiêuăth đi nănĕng.ăNh ng ti n bộ

khoa học g năđơyătrongăcácăthi t bị đeoăvƠăc m bi năđangăt o s chúăýătrênătoƠnăth gi i do

nh ng ng d ng ngƠyăcƠngătri n vọng Nh ng ti n bộ nƠyăđặtăraăyêuăc u c păbáchăđối v iăcácă

ngu n cung c pănĕngăl ng b n v ngăvƠăcóăth đeoăđ c,ămƠăbơyăgi ch y u s d ngăcácăt bƠoăđi năhóa,ănh ăpinăLi-ion.ăTuyănhiên,ăh u h tăcácălo i pin truy n thốngănƠyăđ uăkhôngăth

t s c.ăDoăđó,ăpinăc n ph iăđ c s c hoặc thay th th ngăxuyên,ăch aăk đ năcácăv năđ ôă

nhi m ti m ẩn c aăpinăđối v iămôiătr ng Một trong nh ngăcáchătốt nh tăđ gi i quy t v năđ nƠyălƠăs d ngăcôngăngh thu ho chănĕngăl ngăđ chuy năđ iănĕngăl ng c ăhọc t môiă

tr ng hoặc chuy năđộng c aăconăng iăthƠnhăđi n MộtăvƠiăc ăch đƣăđ c s d ngăđ thu chă nĕngă l ngălƠăápăđi nă(piezoelectricity),ăđi n t tr ng (electromagnetism), pin mặt

Trang 37

tr iă(solarăcell).ăTuyănhiên,ăv t li uăđ th c hi năcácăc ăch trênăd vỡ, chẳng h nănh ăsilicon,ă

gallium, hoặcăcácăquyătrìnhăch t o thi t bị r t tốnăcôngăv iăchiăphíăcaoăhoặc ph c t p.ăH nă

n a, h u h tăcácăthi t bị theoăcácăc ăc uănƠyăkhôngăcóăch cănĕngăchống th m,ăđi uănƠyăh n

ch tínhăb n v ng c aăcácăthi t bị thu ho chănĕngăl ng.ăNh ăv y,ăyêuăc u cho thi t bị thu

ho chănĕngăl ngălƠăch t oăđ năgi n, b năvƠăkh nĕngăchốngăn c tốtăđ d dƠngăthuăth p nĕngăl ng t ho tăđộng c aăconăng i Cácăc m bi năvƠăthi t bị truy năphátăkhôngădơyănhỏ

gọnăđangăngƠyăcƠngăđ c g nătrênăc ăth conăng i.ăVƠănútăth t quan trọng c aăcôngăngh nƠyălƠăngu năđi n

Trong một th gi iămƠătínhădiăđộngăngƠyăcƠngătĕng,ăngu năđi nălƠăđ tƠiătrọngăđi m trongăcácănghiênăc uăsaoăchoăcácăh thống hay c m bi năcóăth s d ngănĕngăl ngădoăchính nóăt oăra.ăThƠnhăt uăđ tăđ c t cácănghiênăc uăđangăd n t oănênămột th gi iăkhôngădùngăpin,ăcácăthi t bị đ u l yănĕngăl ng t chínhămôiătr ngăxungăquanhăchúngănh ăgió,ăsóngă

bi n,ầăPh n l năcácăthi t bị choăđ nănayăđ u t pătrungăvƠoăthuăho chănĕngăl ng t chuy n động Thu ho chănĕngăl ngăchoăcácă ng d ng thi t bị g nătrênăc ăth conăng iăđangălƠăđ tƠiăđ căquanătơmăvìănóălƠăgi iăphápăcungăc pănĕngăl ngăchoăcácăthi t bị hi năđ iănĕngăl ng

th păvƠătĕngătínhădiăđộngăvƠăđộc l păchoăng iădùng.ăMộtăvƠi tr ng i kỹ thu tăchínhăc n kh c

ph călƠăkíchăth c thi t bị, trọngăl ng thi t bị vƠăchiăphíălƠmăthi t bị.ăDoăđó,ăc năcóăs cơnăđối gi aăkíchăth c thi t bị, c uăhìnhăđ uădòăđ đápă ngăcácăyêuăc u v nĕngăl ng,ăđ ng th i cũngăđápă ngăcácăh n ch doăquá trìnhătíchăh p v i thi t bị khác.ăNgoƠiăra,ăthi t bị cũngăph

thuộcăvƠoă ng d ng c th đ đi u chỉnhăkíchăth c

Hình 1.24: Vật liệu Triboelectric được tích hợp vào sợi vải [25]

Trang 38

Hìnhă1.24a th hi n c u trúcăvƠăv t li u thi t bị.ăHìnhă1.24bălƠănguyênălýălƠmăvi c c a

thi t bị.ăQuáătrìnhăv năđộng s khi năcácăs i v iăt ngătácăv iănhauănh ăti n l i g năhayăphơnătách,ăđi uănƠyăs phátăsinhăraădòngăđi n gi a hai s i v i một v i nhau

Chuy năđộngăc ăth lƠăngu nănĕngăl ngăphongăphúănh tăđ cung c pănĕngăl ng cho cácăthi t bị đeoăcáănhơnăvƠăthi t bị đi n t c mătay.ăĐ thu ho ch hi u qu nĕngăl ng chuy n độngăc ăth bằng TENG, một số cáchăti p c năđƣăđ căphátătri n:ăcácăTENGăđ cătíchăh p vƠoăv i, gi y, da ng i,ầăđ thu ho chănĕngăl ngăđ t hi u qu cao (Hìnhă1.24, 1.25)

Hình 1.25: Thiết bị Triboelectric được tích hợp vào cặp [26]

Hìnhă1.25a th hi n c uătrúcăvƠăv t li u thi t bị Hìnhă1.25b cho th y thi t bị th c t

đ cătíchăh păvƠoăcặp Hìnhă1.25călƠătr ngătháiăthi t bị khiăng iăđeoăcặpăđ ng một chỗ Hìnhă

1.25dălƠătr ngătháiăthi t bị khiăng iăđeoăcặp di chuy n,ăl ngăđi năsinhăraălƠmă40ăbóngăđènăLEDăsáng

1.4.3 Thu ho ch năng l ợng dao động

V i s phátătri n nhanhăchóngăc aă xƣăhội, v năđ thi uănĕngăl ngăvƠăôănhi mămôiă

tr ngăngƠyăcƠngăđ căquanătơm.ăDoăđó,ăvi cătìmăraănh ng ngu nănĕngăl ng s ch,ăcóăkh nĕngătáiăt oăđangăc n thi tăh năbaoăgi h t.ăCùngăv iăđóălƠăvi căphátătri năcácăcôngăngh giúpă

thu ho chănĕngăl ng hi u qu Côngăngh thu ho chănĕngăl ngălƠăthuăth păvƠăchuy năđ i nĕngăl ng môiătr ngănh :ăánhăsángămặt tr i,ăgió,ăđ iăd ng,ầăhoặcănĕngăl ng sinh ra trongăquáătrìnhăho tăđộng c aăcácăsinhăv t sốngănh ăconăng i,ăđộng v t Trongămôiătr ng xungăquanhăchúngăta,ăcácăngu nănĕngăl ngăđaăd ngăvƠăcóăsẵn trong t nhiên,ănh ngăvi c

chuy năđ iăchúngăthƠnhăđi nănĕngădùngăchoăcácăh thống t ch v nĕngăl ngăđangăđ c nghiênăc u Mộtătrongăcácăngu nănĕngăl ngăcóăti mănĕngălƠăngu nănĕngăl ngădaoăđộng

Cácăthi t bị nĕngăl ngăviămôăm i s d ngăcôngăngh thu ho chănĕngăl ngădaoăđộngăđ cóă

th t c p ngu n L iăíchălƠăthi t bị khôngăph thuộcăvƠoăngu nănĕngăl ngăngoƠi,ălo i bỏ

vi c b oătrì,ăthayăth ngu n,ădoăđóăgiaătĕngătínhă năđịnh cho thi t bị V i nh ng h thống vi

đi n t s d ng nĕngă l ng nhỏ thìă vi c thu ho chă nĕngă l ngădaoă độngălƠăh pălý.ă Nĕngă

l ngădaoăđộngăđ căconăng i bi t t lơuănh ngăvi c thu ho chănóăhi u qu thìăv nălƠăđ tƠiă

m i D aăvƠoănguyênălýăho tăđộng, thi t bị thu ho chănĕngăl ngădaoăđộng hi nănayăđ c

Trang 39

chia thƠnhăápăđi n,ăđi n t ,ăđi nădung,ăđi n c m Thi t bị thu ho chănĕngăl ngădaoăđộng đi n

t đ c c u t o t namăchơmăvĩnhăc u, cuộnădơyăc m ngăvƠăcácăph n t t oătínhăđƠnăh i Khi cóătácăđộngăbênăngoƠi,ăcácăph n t đƠnăh i t o s chuy năđộng gi aănamăchơmăvƠăcuộnădơy,ă

t đóălƠmăthayăđ i t thôngăquaăcuộnădơy,ăt o ra su tăđi năđộng c m ng Do t n số th p,ăđ nă

gi n, c uătrúc,ăchiăphíăth p,ămáyăthuăho chănĕngăl ngădaoăđộngăcóătínhă ng d ngăcaoăvƠăthuăhútănhi u s nghiênăc uăvƠăđ uăt ăcôngăngh V s phátătri n c aăcácăthi t bị thu ho chănĕngă

l ngădaoăđộng, cácănhƠănghiênăc uăluônăt pătrungăvƠoăvi c m rộngăbĕngăthôngălƠmăvi c vƠă

c i thi năcôngăsu tăđ u ra Cácăthi t bị thu ho chănĕngăl ng truy n thốngănóiăchungălƠăcácăh

thống năđịnh v i nh ng khuy tăđi m c a ch độ cộngăh ngăđ n,ăbĕngăthôngăhẹp,ăcôngăsu t khôngăđ l n NgƠyănay,ăthi t bị thu ho chănĕngăl ng phi tuy n v iăcácăđặcătínhă năđịnh

đ n,ă năđịnh hai chi u, ba chi u, bốn chi u, th măchíănĕmăchi uăđ cănghiênăc u rộngărƣiănh ă

đ c i thi n hi u su t thu ho chănĕngăl ngătrongămôiătr ng t nhiên.ăVíăd , thi t bị thu

ho chă nĕngă l ngă daoă độngă lýă t ngă cóă th ti p nh n nh ngă daoă độngă biênă độ l n,ă bĕng thôngărộng, th măchíădaoăđộng hỗ lo năd iăcácătácăđộngăkhôngăcộngăh ng.ăNghiênăc u m i đơyăchỉ ra rằng hi u ng phi tuy năcóăth c i thi n hi u qu vi c thu ho chănĕngăl ng m c

t n số nh tăđịnh Một thi t bị thu ho chănĕngăl ngădaoăđộng phi tuy năđ c thi t k v iăcácănamăchơmăvĩnhăc uăđ cóăth bao ph d i t n số rộngăh n.ă

Đơyă lƠă cáchă ti p c n m i l v iă nĕngă l ngă daoă độngă xungă quanh,ă đặc bi tă lƠă nĕngă

l ngăsóngăơm.ăC uătrúcăTENGă3Dăđ căphátătri năđ thu ho chănĕngăl ng t c haiăh ng

dọcăvƠăngang,ăvƠănóăcũngăcóăth thu ho ch t một ph t n số rộng l n.ăĐ c i thi n hi u qu

chuy năđ iănĕngăl ng,ăcácăngĕnăx pă3Dătíchăh p TENG nhi u l păđ đ ng bộ hóaăcácăđ u ra

t t t c cácăTENGăđ c k t nốiăsongăsong.ăNgoƠiăra,ăc uătrúcăTENGăkimălo i lỏng MetalăStructure)ăđ t hi u su t 70,6% trong vi c thu ho chănĕngăl ngăsóngăơmăđƣăđ c ch ng

(Liquid-minh L năđ uătiên,ăc uătrúcăTENGăđ thu ho chănĕngăl ngăsóngăơmăd aătrênămƠngămỏng

h uăc ăTuyănhiên,ăTENGăd aătrênămƠngămỏng h uăc ăcóăc uătrúcăc ng k nh do yêuăc u c a

khoang cộngăh ng,ăđi uăđóăh n ch ph m vi ng d ng c aănóănh ăthuăho chănĕngăl ngăơmă

thanh t đi n tho iădiăđộng,ăơmănh c, ti ngăconăng iănóiăchuy n v i nhau (Hìnhă1.26,ă1.27)

Hình 1.26: Năng lượng tạo ra bởi nguồn dao động với tần số 100 Hz [27]

Trang 40

Hìnhă1.26a th hi năđi năápăc căđ iăvƠădòngăđi n c căđ i ph thuộcăvƠoăđi n tr t i Hìnhă1.26b th hi n m tăđộ côngăsu t ph thuộcăvƠoăđi n tr t i Hìnhă1.26c cho th y thi t bị

đ c nối v iă104ăbóngăđènăLEDămƠuăxanhăđặt g n ngu nădaoăđộng Hìnhă1.26d lƠăhìnhă nh 104ăbóngăđènăLEDăphátăsángăkhiăngu nădaoăđộng ho tăđộng Hìnhă1.26e cho th y thi t bị

đ c nối v iă104ăbóngăđènăLEDămƠuăxanhăvƠăđặtătrênăth m Hìnhă1.26f lƠăhìnhă nhă104ăbóngăđènăLEDăphátăsángăkhiăd măchơnăđ u trênăth m

Hình 1.27: Năng lượng tạo ra bởi một số nguồn dao động [28]

Hìnhă1.27a th hi nă40ăbóngăđènăLED sáng t ngu nădaoăđộngălƠăqu t Hìnhă1.27b lƠăhìnhă nhăđi năápăđ u ra Hìnhă1.27c lƠăhìnhă nhă40ăbóngăđènăLEDăsángăt ngu nădaoăđộng

chuy năđộng c aăchơn.ăHìnhă1.27d lƠăhìnhă nhăđi năápăđ u ra Hìnhă1.27e lƠăhìnhă nh thi t bị

đ c g nătrênăbánhăxeăđ păđangăđ ngăyên.ăHìnhă1.27f cho th yăcácăbóngăđènăLEDăsángăb i

ngu nădaoăđộngălƠăchuy năđộng xoay c aăbánhăxe

1.4.4 Thu ho ch năng l ợng gió

NgƠyănayănĕngăl ngăgió,ămột trong nh ngănĕngăl ngătáiăt o,ăđ c s d ngăngƠyăcƠngă

rộngărƣiăkhiăthi t bị đ c s n xu tăhƠngălo t,ăcôngăngh l părápăđƣăhoƠnăthi n, chiăphíăchoăhoƠnăthƠnhămột tr măđi năgióăhi n nay chỉ bằng 1/4 so v iănĕmă1986.ăCácăn căcôngănghi p phátătri năđƣăđ ra chi năl căkhaiăthácătíchăc căh năđi năgióătrongăt ngălaiăvƠăthayăth d n cácăngu nănĕngăl ng truy n thốngănh ăthanăđá,ăthuỷ đi n, h tănhơn,ầGióălƠăs chuy năđộng

c aăkhôngăkhíăt khu v căcóăápăsu tăcaoăđ n khu v căcóăápăsu t th p.ăTrênăth c t ,ăgióăt n t i

do mặt tr iălƠmănóngăkhôngăđ u b mặtătráiăđ t Khiăkhôngăkhíănóngăbayălên,ăkhôngăkhíămátă

s di chuy năvƠoăđ l păđ y kho ng trống Ch ngănƠoămặt tr i chi uăsáng,ăgióăs th i VƠăgióă

t lơuăđƣălƠăngu nănĕngăl ngăchoăconăng i T xaăx a,ăconăng iăđƣăs d ng nh ngăcánhă

bu măđ đónăgió,ăs d ng cốiăxayăgióăđ xayăngũăcốcăvƠăb măn c Trong lịch s ,ăconăng i đƣăbi t s d ngănĕngăl ng gióăt r tălơu.ăNg i Ai c p l i d ng s căgióăđẩyăcánhăbu măđ

đ aătƠuăraăkh i,ăng iăchơuăỂuăs d ng cốiăxayăgióăđ xayăxátălúaămỳ ầăSauăđó,ăng iăHƠăLanăđƣăc i thi n v c ăb n cốiăxayăgióăđ cóăth đónăliênăt căđ căh ngăgió.ăNg i Mỹ c i

ti n cối xay gióăđ xayăngũăcốcăvƠăb măn c.ăSongămƣiăđ nănĕmă1970ăs raăđ i c a tuabin gióăđƣăđ aăvi c ng d ngănĕngăl ngăgióăsangămột trang m i.ăĐ n cuối nh ngănĕmă90ăc a th

Ngày đăng: 13/12/2020, 09:03

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

  • Đang cập nhật ...

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

🧩 Sản phẩm bạn có thể quan tâm