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

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.

TR NG Đ I HỌC BÁCH KHOA HÀ N I LU N VĔN TH C SĨ KHOA HỌC Nghiên cứu ph ơng pháp thu ho ch l ợng dựa hiệu ứng Triboelectric TRẦN NH T HOÀNG NgƠnh: Kỹ thu t điều khiển vƠ tự động hóa Giảng viên h Viện: ng d n: PGS.TS HoƠng Sỹ Hồng Điện HÀ N I - 2019 L I CAM ĐOAN TơiăxinăcamăđoanăđơyălƠăcơngătrìnhănghiênăc u c aăriêngătơi.ăCácăsố li u, k t qu lu năvĕnălƠăhoƠnătoƠnătrungăth c Nội dung lu năvĕnăch aăt ngăđ căaiăcôngăbố b t kỳ cơngătrìnhănƠoăkhác TÁCăGI LU N VĔN Tr n Nh tăHoƠng i L IC M N Trongăquáătrìnhăth c hi nănghiênăc u c aămình,ătơiăđƣănh năđ độngăviênăvƠăchiaăs c aăcácăth yăcơăgiáo,ăgiaăđìnhăvƠăb năbè c r t nhi u s giúpăđỡ, Đ uă tiên,ă tôiă xin g i l i c mă nă đ nă PGS.TS.ă HoƠngă Sĩă H ng,ă ng iă h 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, b o, h ng d năvƠătraoăđ i v iătơiătrongăsuốtăqătrìnhăhọc 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 tămìnhătrongăqă trìnhăhọc t păvƠănghiênăc u Cuốiăcùng,ătơiăxinăbƠyătỏ lịngăbi tă năsơuăs căđ n cha mẹ vƠănh ngăng iăthơnătrongăgiaă đìnhăđƣăgiúpăđỡ, t oăđi u ki n,ăđộngăviênăvƠăkhíchăl tơiătrongăsuốtăqătrìnhăhọc t p,ănghiênă c uăđ hoƠnăthƠnhăđ c lu năvĕnănƠy TÁCăGI LU NăVĔN Tr n Nh tăHoƠng ii M CL 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 Tínhăc p thi t c aăđ tƠi M căđíchănghiênăc u Đốiăt Ph CH ngăvƠăph măviăápăd ng ngăphápăvƠănộiădungănghiênăc u NGă1:ăT NG QUAN HI U NGăTRIBOELECTRICăVÀă NG D NG 1.1 Hi u ng Triboelectric 1.2 V t li u t o hi u ng Triboelectric 1.3 Phơnălo i 1.3.1 Ch độ phơnătáchăti păxúcădọc (Vertical Contact-Separation Mode) 1.3.1.1 C uătrúcămi ngăđ m (Spacer structure) 1.3.1.2 C uătrúcăhìnhăvịmă(Arch-Shaped Structure) 1.3.1.3 C uătrúcăphơnătáchăđƠnăh i (Spring-Assisted Separation Structure) 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 iii 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 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 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 ng d ng h thống t c pănĕngăl 1.4.6 1.5 i 25 ng 36 K t lu n 38 CH NGă 2:ă THI T K M CH THU HO CH, X 2.1 C M BI N D Aă TRểNă HI U NG TRIBOELECTRIC, LụăTệNăHI UăVÀăK T QU TH C NGHI M 40 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 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 2.5.1ăPh ng 59 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 tătốnătruy nătínăhi u 63 2.7 K t qu đ tăđ c 65 2.7.1 L păđặt thi t bị 65 iv 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 K t qu đ tăđ c 70 MộtăvƠiăh n ch 70 3ăĐịnhăh ngăphátătri n 71 TÀIăLI U THAM KH O 72 v DANH M C T VI T T T AFM Atomic Force Microscopy ADC Analog Digital Convert FEP Fluorinated Ethylene Propylene ICP Inductive Coupled Plasma IOT Internet of Things PA Polyamide PDMS Polydimethylsiloxane PMMA Polymethyl Methacrylate PTFE Polytetrafluoroetylen PNW Polymer Nanowire RIE Reactive Ion Etching SEM Scanning Electron Microscopy SKPM Scanning Kevin Probe Microscopy TENG Triboelectric Nanogenerator vi DANH M C HỊNH VẼ Hìnhă1.1:ăTíchălũyăđi nătíchătrênăb mặt Si [1] Hình.1.2:ă Thi t bị phátă n d aă trênă hi u ngă Triboelectrică trongă tr ng h p h m chă vƠă ng n m ch [3] Hìnhă1.3:ăC uătrúcămi ngăđ m (Spacer structure) [4] Hìnhă1.4:ăC uătrúcăhìnhăvịmă(Arch-Shaped Structure) [5] Hìnhă1.5:ăC uătrúcăphơnătáchăđƠnăh i (Spring-Assisted Separation Structure) [6] 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 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 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 b i ngu nădaoăđộng v i t n số 100 Hz [27] 29 Hìnhă1.27:ăNĕngăl ng t o b i số ngu nădaoăđộng [28] 30 Hìnhă1.28:ăNĕngăl ng t o b iăh iăth conăng Hìnhă1.29:ăNĕngăl ng t o b iăgióăt mơiătr Hìnhă1.30:ăNĕngăl ng t o b iădịngăn Hìnhă1.31:ăNĕngăl ng t oăraătrongălịngăđ iăd Hìnhă1.32:ăH thống t cung c pănĕngăl i [29] 32 ng xung quanh [30] 33 c [31] 35 ngă[31] 36 ng t ho tăđộngăconăng i [32] 37 vii 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 tríălịngăbƠnăchơn 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 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 Hìnhă2.25: M chăSchmittăTriggerăcóă 57 58 Hìnhă2.26:ăS d ng c u chỉnhăl uăđ thu ho chănĕngăl Hìnhă2.27:ăSóngăthuăđ ng 59 c t hi u ng Triboelectric 59 Hìnhă2.28:ăM chănguyênălýămoduleăLTC3330 60 Hìnhă2.29:ăĐoătínăhi uăđ u oscilloscope 60 Hìnhă2.30:ăTínăhi uăthuăđ c đ u 61 Hìnhă2.31:ăD iăđi năápăđẩu 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 62 Hìnhă2.34:ăThu tătốnătruy nătínăhi u 64 viii Hìnhă2.35:ăHìnhă nh th c t thi t bị 65 Hìnhă2.36:ăD ngăsóngănh năđ Hìnhă2.37:ăK t qu thuăđ c t tr ngătháiăchuy năđộng 66 c t c m bi n 67 Hìnhă2.38: Thíănghi m thu ho chănĕngăl Hìnhă2.39: K t qu thuăđ Hìnhă2.40:ăNĕngăl c t thíănghi măthuănĕngăl ngăthuăđ Hìnhă2.41:ăTínăhi uăthuăđ ng 69 ng 69 călƠmăsángăbóngăđènăLED 69 c sau 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 ix LTC330ălƠălo i IC tíchăh pădùngăđ thu ho chănĕngăl ng,ătrongăđóăcóăTriboelectric IC baoătíchăh p c u chỉnhăl uăt n hao th păvƠăbuck-boost converter, d iăđi năápăđ uăvƠoă3V19Vă DCă đ u t 1.8V-5Vă DCă (cóă th u chỉnhă đ c)ă dùngă đ s că pină hayă siêuă t Mặt khácă ICă cóă th t động chuy n t ch độ thu ho ch tr c ti pă nĕngă l ng t ti t tribo sang ngu n d phịngă(pin).ă Hình 2.28: Mạch ngun lý module LTC3330 Đ đoătínăhi uăđ u ra, c m bi n s đ c nốiăvƠoăhai chơnăđ uăvƠoălƠăAC1ăvƠăAC2 Hai chơnăđ uăraăVoutăvƠăGNDăđ c nối v i Oscilloscope Hình 2.29: Đo tín hiệu đầu oscilloscope 60 Hình 2.30: Tín hiệu thu đầu Tácăđộng l căvƠoăc m bi n kho ngă250săđ u,ăđi năápăc a t đ c n p t 0Văđ n 4V.ăKhiăđi năápăc a t đ tăđ că4V,ăđi năápăđ u c a m chătĕngăt 0Văđ nă0.66V.ăSauăđó,ă t x n N uăkhôngătácăđộng ti p l c c a c m bi năthìăđi năápăđ u s gi m xuống 0V Hình 2.31: Dải điện áp đẩu c a IC LTC3330 Đối v iăICăLTC3330ăthìăđi năápăđ u s lƠămộtătrongăcácăgiáătrị Voutănh ăhình.ăBằng cáchăthi t l păcácăgiáătrị c a OUT0, OUT1, OUT2, ta s cóăcácăgiáătrị c aăVoutăt ngă ng Trong lu năvĕnănƠy,ăICăLTC3330ăđ c thi t l păVoută=ă3.0V.ăTuyănhiên,ămỗi l n t đ tăđ c năápă4.0Văthìăchỉ t oăraă0.6Văđi năápăđ u N uăkhôngăti p t c n păđi n cho t thìăVoutăs gi m d n xuốngă0V.ăVìăv y c n ph iăliênăt cătácăđộng l c c a c m bi năchoăđ n Vout = 3.0V V i c uătrúc c m bi năvƠăv t li uăcònăs ăkhaiăvƠăch aăđ c tốiă uăhóaăb mặtănênăhi u su t r t th p.ăVìăv y,ăđ kh oăsátăđi năápăđ u ra, gi iăphápălƠătácăđộng l c l n v i t n su t caoăvƠoăc m bi n 61 Hình 2.32: Điện áp đầu tác động lực liên tục c a cảm biến Đi năápăđ uăraăliênăt cătĕng,ăchoăđ năkhiăđ tăđ căgiáătrị cƠiăđặtăVoută=ă3.0Văthìăkhơngă tĕngăti p N u l cătácăđộngăđ căduyătrìăthìăđi năápăđ u s lƠăđi năápămột chi u DC 3V L ngăđi nănƠyăcóăth s d ngăđ c Tínăhi uăđ uăraătrongăhìnhă2.32ălƠădoătácăđộng l c v i giáătrị x p xỉ 150 N bằngătayălênăc m bi n v i t n su t cao (trungăbìnhă1ăgiơyătácăđộng l călênă c m bi n l n) Hình 2.33: Điện áp DC 3.0V tạo 62 2.6 Thi t k thu t tốn truyền tín hiệu Đ truy nătínăhi uăkhôngădơyăt khối c m bi n (g n chơn)ăđ nămáyăch webăphơnătíchă vƠăl uătr d li u,ănghiênăc uănƠyăđƣăs d ngămơiătr ng truy n wifi Cóăhaiăgi iăphápăđ truy nătínăhi u: Gi iăphápă1: Ho tăđộng theo th i gian th c D li uăđ căđọc b iăADCăvƠăđ ng th iăđ c g i tr c ti păđ nămáyăch web.ă uăđi m c a gi iăphápănƠyălƠătínăhi uăthuăđ c t c m bi năđ c truy n l p t c, tốcăđộc truy n nh nătínăhi u ph thuộcăvƠoămơiătr ng truy n,ăđápă ngăđ c nh ng ng d ngăyêuăc u ho tăđộng theo th i gian th c Gi iăphápă2:ăTruy n d li uătheoăgói.ă D li uăđ căđọc b iăADCăđ uătiênăđ căl uătr nh đ m v i số m d li u cố định.ăSauăđóătruy năđ nămáyăch webăsau.ă uăđi m c a gi i phápănƠyăthu tătốnăđ năgi n, độ chínhăxácăcao.ăTuyănhiênăkhơngăđápă ngăđ c th i gian th c Đối v iănghiênăc uănƠy,ăemăs d ng gi iăphápătruy n d li u theo t ngăgóiăv iăl uăđ thu tătốnăd iăđơy: B1: Kh i t o WiFi - Kh i t oăthƠnhăcông:ăTh c hi n B2 - Kh i t oăkhôngăthƠnhăcông:ăQuayăl i B1 B2: K t nối v i server - K t nốiăthƠnhăcông:ăTh c hi n B3 - K t nốiăkhôngăthƠnhăcông:ăQuayăl i B2 B3:ăĐọc d li u t c m bi năquaăADC,ăl uă500ăm u l yăđ B4: D ngăđọc ADC G i 500 d li u v aăđọcăđ qu l n g iălên.ă căvƠoăbuffer c t bufferălênăserver.ăKi m tra k t - G iăthƠnhăcông:ăG i ti păchoăđ m h t 500 data - G iăkhơngăthƠnhăcơng:ăG i l i m uăđó 63 Hình 2.34: Thuật tốn truyền tín hiệu 64 2.7 K t đ t đ ợc 2.7.1 L p đặt thi t b Hình 2.35: Hình ảnh thực tế thiết bị Đ phơnăbi t gi aăcácătr ngătháiăho tăđộng,ătrongăđóăcóăđiăvƠăch y, h thốngăđƣăd aătrênă s t ng quan c aătínăhi uăthuăđ c t hai c m bi năđặtătrênămộtăgiƠyăđ phơnăbi tăcácătr ng thái.ăCácăkhối thi t bị đ c lặpăđặt cho c n tr tối thi u t iăng i s d ng 2.7.2 K t phơn biệt tr ng thái chuyển động Nghiênăc uănƠyăđƣăch t oăthƠnhăcôngăh thống thi t bị trang bị cho gi yădùngăđ phơnă bi t gi aăđiăvƠăch y.ăHìnhăbênăd i minh ho tínăhi uăthuăđ c 65 Hình 2.36: Dạng sóng nhận từ trạng thái chuyển động Hìnhă2.36a hi n thị cho tr ngătháiăđiăbộ.ăHìnhă2.36b hi n thị cho tr ngătháiăch y Ta gọiăTa,ăTbălƠăth iăđi m b tăđ uăvƠăTd,ăTcălƠăth iăđi m k tăthúcăc aăcácăxungănối ti p c a c m bi nătr căvƠăc m bi năphíaăsau,ăt ngă ng TadălƠăth i gian ti păxúcăc aăbƠnăchơnătr gótăchơnăv i mặtăđ t c v i mặtăđ tăvƠăTbcălƠăth i gian ti păxúcăc a 66 NgoƠiăra,ăph măviăxungăvƠăkho ngăcáchăgi a hai d i xung cung c păthôngătinăv tốcăđộ Đối v iătr ng h păđiăbộ taăthuăđ cătínăhi u t c hai c m bi n,ăcònătrongătr ng h p ch y ta thuă đ că tínăhi u t c m bi tă đặt bƠnă chơnă tr că vìă khiă taă ch yă nhanhă taă cóă xuă h ng ch y bằngămũiăchơn.ăĐ ng th i số l ngăcácăxungănhỏ sinhăraătrongătr ng h p ch y cũngănhi uăh nătr ng h păđiăbộ Hình 2.37: Kết thu từ cảm biến Hìnhă 2.37aă lƠă tínă hi uă thuă đ c tr ngă tháiă điă bộ.ă Hìnhă 2.37bă lƠă tínă hi uă thuă đ c tr ngătháiăch y.ăHìnhă2.37călƠătínăhi uăthuăđ c tr ngătháiăđ ng t i chỗ.ăHìnhă2.37dălƠătínă hi uăthuăđ c tr ngătháiănh căchơnăkhôngăch măđ t 2.7.3 K t thu ho ch l ợng Thíănghi m thuănĕngăl ng bằngăcáchăđ p tr c ti p n mătayătácăd ngălênăv t li u tribo l c x p xỉ 150N, v i t n su t l n 1s Trongăquáătrìnhătácăđộng l c,ăquanăsátă d ngăsóngătrênăoscilloscopeăchoăđ năkhiăđ t tr ngătháiăđ ng nằmăngangă3.2ăVăthìăd ng l i SauăđóădùngăbóngăLED đỏ 3mm đ ki mătraănĕngăl ngăthuăđ c LEDăđ c c măvƠoăchơnă VoutăvƠăGNDăc a module LTC3330 nh ăhìnhă2.29 (vị tríăchơnăk t nối v i v i oscilloscope) Hìnhă2.38ăminhăho choăthíănghi m 67 Hình 2.38: Thí nghiệm thu hoạch lượng K t qu thuăđ c minh ho nh ăhìnhăbênăd i: Hình 2.39: Kết thu từ thí nghiệm thu lượng Nh năxétăkhiăđ păliênăti p nĕngăl ng sinh t v t li uăđ c tích vƠoăt năthôngă qua m chăthuănĕngăl ng,ăđi năápăhaiăđ u c a m chătĕngătuy nătínhăt ậ 3.2V, sauăđóăkhiă khơngăcịnăđ p,ăđ u bị s tăápă0.2V.ăKhi k t nối v i LED vƠoăđ u c a m ch,ăđi năápăl p t c gi măcịnă2.6V.ă 68 Hình 2.40: Năng lượng thu làm sáng bóng đứn LED Nh nă xét:ă Nĕngă l ngă thuă đ c đƣă đ đ lƠmă sángă LED,ă tuyă nhiênă nĕngă l nhỏ (LED sángătrongăkho ng th i gian ng n 1s) Do v y cóăthêădùngăđ c pănĕngăl cácă ng d ngătiêuăth ítănĕngăl ng: c m bi n, thi t bị diăđộng,ầă ngă cònă ng cho 2.7.4 K t truyền d liệu lên server Hình 2.41: Tín hiệu thu sau truyền qua module wifi Hìnhă2.41aălƠătínăhi uăthuăđ c c a c m bi n hi n thị trênăoscilloscope.ăHìnhă2.41bălƠă tínăhi uăthuăđ c c a c m bi năđ c truy nălênăserver 69 K T LU N V iătênăđ tƠiălƠăắNghiênăc u v ph ngăphápăthuăho chănĕngăl ng d aătrênăhi u ng Triboelectric”,ăm cătiêuăbanăđ uăđặtăraălƠăt o c uătrúcăthuăho chănĕngăl ng v iăcôngă su t cao C uătrúcăg m bốn ph n Ph n mộtălƠăc ăc u c m bi n t oăraătínăhi uăđi n t hi u ng Triboelectric Ph năhaiălƠăm ch x lýăvƠăchuy năđ iătínăhi u sang d ngăđi n chi u Ph n baălƠătíchătr nĕngăl ngăđi năvƠoăpin.ăPh n bốnălƠăs d ngăđi nănĕngătíchătr pin cho t i.ăTuyănhiên,ăTriboelectricălƠămộtăđ tƠiăm i m trongăn cănênăgặpăkhơngăítăkhóăkhĕnătrongă qătrìnhănghiênăc u.ăDoăđó,ălu năvĕnăchỉ thi t k đ c ph n mộtălƠăc ăc u c m bi n Ph n hai, ph n ba, ph n bốn, lu năvĕnăt m th i s d ngăICăcóăsẵnătrênăthị tr ngăđ ph c v cho nghiênăc u.ăCùngăv iăđó,ăk t qu hi n t iăđ tăđ călƠăt oăraăđi n chi uădùngăđ căđ lƠmă sángăbóngăđènăLED.ăDùăk t qu khơngăđ tăđ c m cătiêuăbanăđ uăđặtăraăđúngănh ătênăđ tƠiă lu năvĕn,ănh ngăđƣăch ng tỏ đ c s đúngăđ năvƠăkhoaăhọc thi t k c m bi n Vi căđ t đ c m cătiêuăđúngănh ătênăđ tƠiăcũngănh ăvi c thi t k c bốn ph n c a c uătrúcăthuăho ch nĕngă l ngă mƠă khơngă dùngă ICă cóă sẵn s c n th iă giană đ hoƠnă thƠnh.ă Đ ng th i, nh vƠoă d ngăsóngăthuăđ c t c uătrúcăc m bi n, lu năvĕnăđƣăphátătri năthêmămột ng d ngăkhácăc a TriboelectricălƠăc m bi năphơnăbi t tr ngătháiăchuy năđộng c aăconăng i.ăĐi uănƠyăth hi n s nỗ l c c aătácăgi vi călƠmărõăs đaăd ng ng d ng c a hi u ng Triboelectric Tómăl i,ădùăđƣăr t cố g ngănh ngădoăđơyălƠămộtăđ tƠiăr t m i trongăn cănênăbênăc nhăcácă k t qu đ tăđ căthìăcũngăkhơngătránhăkhỏiăcácăh n ch ăSauăđơyălƠătómăt tăcácăk t qu đ t đ căvƠămộtăvƠiăh n ch , t đóăđ aăraăđịnhăh ngăphátătri n: K t đ t đ ợc - Đ tƠiăđƣălƠmărõăv c uătrúc,ăv t li u,ănguyênălýăho tăđộngăvƠă ng d ng c a hi u ng Triboelectric - Đ tƠiăđƣăch t oăthƠnhăcông c m bi năphơnăbi t tr ngătháiăchuy năđộng d aătrênăhi u ng Triboelectric - Đ tƠiăđƣăthi t k thƠnhăcơngăm chăphátăhi nătínăhi uă(detectăcircuit)ăvƠătíchăh p truy n d li uălênăwebăserver l - Đ tƠiă đƣă kh oă sátă tínă hi uă đ uă raă vƠă đ xu t mộtă vƠiă ph ng d aătrênăhi u ng Triboelectric ngă phápă thuă ho chă nĕngă Một vƠi h n ch ph - Đi năápăraăc a c m bi n th pădoăch aătốiă uăhóaăb mặt v t li uăvƠăch aăs d ngăcácă ngăphápătĕngădi nătíchăti păxúcăc a v t li u - M chăphátăhi nătínăhi uăvƠăm ch thu ho ch nĕngăl tínhălinhăho t g năvƠoăc ăth conăng i - M ch thu ho chănĕngăl nĕngăl ngăch aăcao.ă - Ch aăphơnătíchăs nh ănhi tăđộ,ăđộ ẩm nhăh ngăkháătoăvƠăc ng k nh.ăCh aăđ ng s d ng IC cóăsẵnătrênăthị tr ng c aăcácăy u tố môiătr ngăvƠăhi u su t chuy năđ i ngăđ n hi u su t c a c m bi n 70 - Ch aăkh oăsátătínhătuy nătínhăc a c m bi n Đ nh h ng phát triển GiƠyă cóă tíchă h p c m bi n d aă trênă nă ápă vƠă côngă ngh IoTă lƠă mộtă h ngă điă ti m nĕng.ăCácăc m bi năđ călƠmăbằng v t li u b n, d oă(PTFEăvƠănhôm)ăv iăđộ nh yăvƠăm ch phátăhi n ch p nh năđ c t oăraătínăhi uăxung.ăNghiênăc uănƠyălƠăb căđ uătiênătrongăvi c ch t o h thống k t h păcácăc m bi năđi năápăvƠăcôngăngh IoTăđ phơnăbi tăcácătr ngătháiă chuy năđộngănh ăđiăch y, chuy năđộngăhayăkhông chuy năđộng Trongăt ngălai,ăthi t bị s đ cătĕngăhi u su t chuy năđ iănĕngăl ngănh ăc i thi n b mặt v t li u,ătĕngădi nătíchăti păxúcăb mặt bằngăcáchăt o nhi u c uătrúcănhi u l p C uătrúcănhi u l păvƠăx lýăb mặt ti păxúc Tĕngăhi u su t chuy n đ iănĕngăl ngăkhôngănh ng t o thu n l i cho vi c thu th pătínă hi u t c m bi n,ămƠăcònălƠăb c ti n vi c t o c m bi n t thơn.ăC m bi n t thơnăcóăth dùngăchínhănĕngăl ngăc ăhọcăthuăđ căđ lƠmăngu nănĕngăl ngăchoăchínhănóăvƠă cũngăđ cung c pătínăhi u cho h thốngăgiámăsát.ă Nhằmăđ phơnăbi tăđ c nhi u tr ngătháiăho tăđộngăh nănh ăcácăki uăđiăbộ,ăđiăd o, ch y b c nhỏ,ăđiălên,ăđiăxuống c uăthang,ăầăgiaiăđo n ti p theo c aăđ tƠiăs bỏ m chăphátăhi n tínăhi u, thi t k ch t o m ch khu chăđ iătínăhi u thay th Trongă t ngă lai,ă c n tốiă uă hóaă cácă m chă phátă hi nă tínă hi uă vƠă m ch thu ho chă nĕngă l ngăđ khôngăchỉ đ m b oăuăc uănĕngăl ngăvƠătínăhi uăđ uăraămƠăcácăm ch ph iăcóăkíchă th c nhỏ gọn, b nă đ cóă th đápă ngă đ că cácă u ki n ph c t pă h nă trongă quáă trìnhă diă chuy n NgoƠiăra,ăđ tƠiăs nghiênăc u v cácăy u tố môiătr ng nhăh ngăđ n hi u su t c m bi năvƠătínhătuy nătínhăc a c m bi năđ t đóăđ aăraăcácăph ngăphápănơngăcaoăhi u su tăvƠă ch tăl ng c a c m bi năcũngănh ăthi t bị áp d ng hi u ng Triboelectric 71 TÀI LI U THAM KH O [1] Y.S Zhou, Y Liu, G Zhu, Z.-H Lin, C Pan, Q Jing, Z.L Wang, In situ quantitative study of nanoscale triboelectrification and patterning Nano Lett 13(6), 2771ậ2776 (2013) [2] D Davies, Charge generation on dielectric surfaces J Phys D Appl Phys 2(11), 1533 (1969) [3] G Zhu, C.F Pan, W.X Guo, C.Y Chen, Y.S Zhou, R.M Yu, Z.L Wang, Triboelectricgenerator-driven pulse electrodeposition for micropatterning Nano Lett 12(9), 4960ậ4965 (2012) [4] Y Yang, H Zhang, J Chen, Q Jing, Y.S Zhou, X Wen, Z.L Wang, Single-electrodebased sliding triboelectric nanogenerator for self-powered displacement vector sensor system ACS Nano 7(8), 7342ậ7351 (2013) [5] S.H Wang, L Lin, Z.L Wang, Nanoscale triboelectric-effect-enabled energy conversion for sustainably powering portable electronics Nano Lett 12(12), 6339ậ6346 (2012) [6] G Zhu, Z.H Lin, Q.S Jing, P Bai, C.F Pan, Y Yang, Y.S Zhou, Z.L Wang, Toward large-scale energy harvesting by a nanoparticle-enhanced triboelectric nanogenerator Nano Lett 13(2), 847ậ853 (2013) [7] P Bai, G Zhu, Z.H Lin, Q.S Jing, J Chen, G Zhang, J Ma, Z.L Wang, Integrated multilayered triboelectric nanogenerator for harvesting biomechanical energy from human motions ACS Nano 7(4), 3713ậ3719 (2013) [8] S.H Wang, L Lin, Y.N Xie, Q.S Jing, S.M Niu, Z.L Wang, Sliding-triboelectric nanogenerators based on in-plane charge-separation mechanism Nano Lett 13(5), 2226ậ2233 (2013) [9] F Saurenbach, D Wollmann, B Terris, A Diaz, Force microscopy of ion-containing polymer surfaces: morphology and charge structure Langmuir 8(4), 1199ậ1203 (1992) [10] L Lin, S.H Wang, Y.N Xie, Q.S Jing, S.M Niu, Y.F Hu, Z.L Wang, Segmentally structured disk triboelectric nanogenerator for harvesting rotational mechanical energy Nano Lett 13(6), 2916ậ2923 (2013) [11] P Bai, G Zhu, Y Liu, J Chen, Q.S Jing, W.Q Yang, J.S Ma, G Zhang, Z.L Wang, Cylindrical rotating triboelectric nanogenerator ACS Nano 7(7), 6361ậ6366 (2013) [12] W Tang, T Jiang, F.R Fan, A.F Yu, C Zhang, X Cao, Z.L Wang, Liquid-metal electrode for high-performance triboelectric nanogenerator at an instantaneous energy conversion efficiency of 70.6 % Adv Funct Mater 25(24), 3718ậ3725 (2015) [13] S.M Niu, Y Liu, S.H Wang, L Lin, Y.S Zhou, Y.F Hu, Z.L Wang, Theoretical investigation and structural optimization of single-electrode triboelectric nanogenerators Adv.Funct Mater 24(22), 3332ậ3340 (2014) 72 [14] Y Yang, Y.S Zhou, H Zhang, Y Liu, S Lee, Z.L Wang, A single-electrode based triboelectric nanogenerator as self-powered tracking system Adv Mater 25(45), 6594ậ 6601(2013) [15] B Meng, W Tang, Z.-H Too, X Zhang, M Han, W Liu, H Zhang, A transparent single-friction-surface triboelectric generator and self-powered touch sensor Energy Environ Sci 6, 3235ậ3240 (2013) [16] Y Yang, H Zhang, J Chen, Q Jing, Y.S Zhou, X Wen, Z.L Wang, Single-electrodebased sliding triboelectric nanogenerator for self-powered displacement vector sensor system ACS Nano 7(8), 7342ậ7351 (2013) [17] S.H Wang, Y.N Xie, S.M Niu, L Lin, Z.L Wang, Freestanding triboelectric-layerbased nanogenerators for harvesting energy from a moving object or human motion in contact and non-contact modes Adv Mater 26(18), 2818ậ2824 (2014) [18] S Wang, S Niu, J Yang, L Lin, Z.L Wang, Quantitative measurements of vibration amplitude using a contact-mode freestanding triboelectric nanogenerator ACS Nano 8(12), 12004ậ12013 (2014) [19] Y.N Xie, S.H Wang, S.M Niu, L Lin, Q.S Jing, J Yang, Z.Y Wu, Z.L Wang, Grating-structured freestanding triboelectric-layer nanogenerator for harvesting mechanical energy at 85 % total conversion efficiency Adv Mater 26(38), 6599ậ6607 (2014) [20] L Lin, S.H Wang, S.M Niu, C Liu, Y.N Xie, Z.L Wang, Noncontact free-rotating disk triboelectric nanogenerator as a sustainable energy harvester and self-powered mechanical sensor ACS Appl Mater Interfaces 6(4), 3031ậ3038 (2014) [21] G Zhu, J Chen, T.J Zhang, Q.S Jing, Z.L Wang, Radial-arrayed rotary electrification for high performance triboelectric generator Nat Commun 5, 3426 (2014) [22] Z.L Wang, J Chen, L Lin, Progress in triboelectric nanogenerators as a new energy technology and self-powered sensors Energy Environ Sci 8(8), 2250ậ2282 (2015) [23] G Zhu, C Pan, W Guo, C.-Y Chen, Y Zhou, R Yu, Z.L Wang, Triboelectricgenerator-driven pulse electrodeposition for micropatterning Nano Lett 12(9), 4960ậ4965 (2012) [24] Y Yang, H Zhang, Y Liu, Z.-H Lin, S Lee, Z Lin, C.P Wong, Z.L Wang, Siliconbased hybrid energy cell for self-powered electrodegradation and personal electronics ACS Nano (3), 2808ậ2813 (2013) [25] J Zhong, Y Zhang, Q Zhong, Q Hu, B Hu, Z.L Wang, J Zhou, Fiber-based generator for wearable electronics and mobile medication ACS Nano 8(6), 6273ậ6280 (2014) [26] W Yang, J Chen, G Zhu, J Yang, P Bai, Y Su, Q Jing, X Cao, Z.L Wang, Harvesting energy from the natural vibration of human walking ACS Nano 7(12), 11317ậ 11324 (2013) [27] X Wen, W Yang, Q Jing, Z.L Wang, Harvesting broadband kinetic impact energy from mechanical triggering/vibration and water waves ACS Nano 8(7), 7405ậ7412 (2014) 73 [28] J Yang, J Chen, Y Yang, H Zhang, W Yang, P Bai, Y Su, Z.L Wang, Broadband vibrational energy harvesting based on a triboelectric nanogenerator Adv Energy Mater 4(6), 1301322 (2014) [29] S Wang, X Mu, X Wang, A.Y Gu, Z.L Wang, Y Yang, Elasto-aerodynamics-driven triboelectric nanogenerator for scavenging air-flow energy ACS Nano 9(10), 9554ậ9563 (2015) [30] S Li, S Wang, Y Zi, Z Wen, L Lin, G Zhang, Z.L Wang, Largely improving the robustness and lifetime of triboelectric nanogenerators through automatic transition between contact and noncontact working states ACS Nano 9(7), 7479ậ7487 (2015) [31] Y Xie, S Wang, S Niu, L Lin, Q Jing, Y Su, Z Wu, Z.L Wang, Multi-layered disk triboelectric nanogenerator for harvesting hydropower Nano Energy 6, 129ậ136 (2014) [32] S.M Niu, X.F Wang, F Yi, Y.S Zhou, Z.L Wang, A universal self-charging system driven by random biomechanical energy for sustainable operation of mobile electronics Nat.Commun 6, 8975 (2015) 74 ... u v hi u ng Triboelectric hoặcăph ngă pháp? ?thu? ?ho chănĕngăl ng Ph ơng pháp vƠ nội dung nghiên cứu Đ tƠiăđ c th c hi n bằngăph ng? ?pháp? ?nghiên? ?c uălýăthuy tăvƠătri n khai th nghi m vi c thi t k... nhi u quốcăgia? ?trên? ?th gi i.ăDoăđó,ăvi c? ?nghiên? ? c u hi u ng Triboelectric cƠngătr nênăc n thi t M c đích nghiên cứu Thi t k c m bi n d a? ?trên? ?hi u ng Triboelectric t v t li uăchínhălƠănhơmăvƠăPTFEă... 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 năcác? ?nghiên? ?c uăvƠămơăphỏngăqătrình? ?Triboelectric bằngăcácăph ngă pháp? ?khácănhauănh