در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Small منتشر شده، پژوهشگران روشی جدید برای ساخت نانوژنراتورهای تریبوالکتریک (TENG) با استفاده از مواد بازیافتی و پایدار معرفی کرده‌اند. این فناوری با ترکیب پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) بازیافتی، نایلون و نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم (TiO2)، عملکرد این دستگاه‌ها را به‌طور قابل توجهی بهبود بخشیده است.

نانوژنراتورهای تریبوالکتریک، انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند و به‌عنوان راه‌حلی پایدار برای تأمین انرژی دستگاه‌های کوچک‌مقیاس مورد توجه قرار گرفته‌اند. با این حال، مواد رایج مورد استفاده در این فناوری اغلب پایدار نبوده و نیاز به جایگزین‌های سازگار با محیط‌زیست احساس می‌شد.

در این پروژه، از نایلون ۶،۶ به‌عنوان دهنده الکترون و PET بازیافتی به‌عنوان ماده تریبوالکتریک منفی استفاده شده است. PET به‌دلیل در دسترس بودن و مقرون‌به‌صرفه بودن، گزینه مناسبی است، اما خواص تریبوالکتریک آن در مقایسه با موادی مانند پلی‌تترافلوئورواتیلن (PTFE) ضعیف‌تر است. برای بهبود این ویژگی، نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم به ترکیب اضافه شده‌اند. این نانوذرات به‌دلیل خواص دی‌الکتریک عالی، کاربردهای گسترده‌ای در حوزه‌هایی مانند فوتوکاتالیست و تصفیه آب دارند.

برای ساخت نانوالیاف هیبریدی، از روش الکتروریسی استفاده شده است. در این روش، ابتدا بطری‌های PET بازیافتی خرد و خالص‌سازی شده‌اند، سپس محلولی ۱۵ درصدی از PET در مخلوطی از تری‌فلوئورواستیک اسید (TFA) و دی‌کلرومتان (DCM) تهیه شده است. نانوذرات TiO2 نیز به این محلول اضافه شده‌اند تا به‌طور یکنواخت در ماتریس نانوالیاف توزیع شوند.

نتایج آزمایش‌ها نشان داد که افزودن نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم به نانوالیاف، پایداری مکانیکی و خواص حرارتی آن‌ها را بهبود بخشیده است. همچنین، دستگاه‌های TENG ساخته‌شده با ترکیب PET و دی‌اکسید تیتانیوم، چگالی توانی معادل ۲۳٫۴۴ میلی‌وات بر متر مربع، ولتاژ خروجی ۱۱۱ ولت و چگالی بار سطحی ۶٫۸۱ میکروکولن بر متر مربع تولید کردند. این عملکرد بهتر، ناشی از افزایش ثابت دی‌الکتریک مؤثر و بهبود جدایش بار در طول چرخه‌های تماس مکانیکی است.

نانوالیاف هیبریدی حاوی دی‌اکسید تیتانیوم، ولتاژ و جریان خروجی بالاتری نسبت به نمونه‌های ساخته‌شده از PET یا نایلون خالص نشان دادند. این بهبود در عملکرد، همراه با افزایش پایداری مکانیکی و حرارتی، این فناوری را برای کاربردهایی مانند الکترونیک پوشیدنی و حسگرهای خودتغذیه مناسب می‌کند.

این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده از سطوح نانوساختار می‌تواند با افزایش سطح تماس برای تولید بار تریبوالکتریک، بهینه‌سازی انرژی خروجی را امکان پذیر کند. در آینده، می‌توان مواد بازیافتی دیگر و نانوساختارهای جایگزین را برای بهبود بیشتر عملکرد TENG بررسی کرد.

به نقل از ستاد نانو، با توجه به نتایج امیدوارکننده این مطالعه، نانوژنراتورهای تریبوالکتریک پایدار می‌توانند نقش مهمی در توسعه فناوری‌های انرژی سبز ایفا کنند. این تحقیق گامی مهم در جهت کاهش ضایعات پلاستیکی و استفاده بهینه از منابع بازیافتی است و چشم‌انداز روشنی برای توسعه دستگاه‌های تولید انرژی پایدار در آینده ترسیم می‌کند.