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 1TR 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 2L 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 3L 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 4M 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 51.3.4.1 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 62.7.2 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 7DANH M C T VI T T T
Trang 8DANH 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 9Hìnhă1.33: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 10Hìnhă2.35: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 11M 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 124 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 131 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 14Hình 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 151.2 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 16phơnătáchăti 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 17đ 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 18l 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 19l 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 20ph 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 21Hìnhă1.6a 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 23nguyênălýălƠmăvi 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 241.3.2.3 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 25Hìnhă1.10aălƠăc 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 26Hìnhă1.11aăth 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 27Hìnhă1.12aăchoăth 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 28Hình 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 29Hình 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 30FEP 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 311.3.4.2 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 32theo 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 331.3.4.4 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 34Hình 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 35Tiêuăchuẩn 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 36đi 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 37tr 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 38Hìnhă1.24a 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 39chia 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 40Hìnhă1.26a 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