شبیهسازی الکترومکانیکی و تحلیل نانوژنراتور کانتیلور تکلایه پیزوالکتریک پروسکایت با الکترودگذاری اینتردیجیتال در کاربرد برداشت انرژی ارتعاشی

در این مقاله، نانوژنراتور کانتیلور تک لایه پیزوالکتریک با توانایی تولید ولتاژ خروجی بالا در پاسخ به ارتعاش مکانیکی با استفاده از روش المان محدود به صورت ۳ بعدی شبیه سازی شد. برای لایه فعال پیزوالکتریک در این نانوژنراتور، مواد پروسکایت PZT، PMN-PT و ۳MAPbI به کار برده شد. همچنین با الکترودگذاری اینتردیجیتال برای بهره گیری از ضریب پیزوالکتریک طولی ۳۳d در حین ارتعاش خمشی، سازه نانوژنراتور استفاده شده است. این نانوژنراتور متشکل از بستر منعطف پلیمر PET، یک لایه پیزوالکتریک بر روی آن و الکترود طلا است که در ادامه با پلیمر اپوکسی ۸  SU-کپسوله شده است. به منظور صحت سنجی روش حل نرم افزاری نانوژنراتور، نتایج شبیه سازی حاضر با دو پژوهش تجربی مقایسه و سپس همگرایی نتایج ولتاژ خروجی با تغییر ابعاد المان بندی شبکه بررسی شد. قطبی شدگی به وسیله اعمال ولتاژ بالا به صفحه پیزوالکتریک از طریق الکترودها، توزیع پتانسیل الکتریکی در لایه پیزوالکتریک بعد از اعمال تنش مکانیکی، ولتاژ و توان الکتریکی خروجی در بسامد ارتعاشی و رفتار وابسته به شتاب ( g۲-۲۵/۰) در پاسخ به بسامد تشدید ارتعاشی شبیه سازی شد. بسامد تشدید محاسبه شده برای سه ماده پیزوالکتریک پروسکایت PZT، PMN-PT و ۳MAPbIبه ترتیب ۵۴۹ ، ۵/۵۶۰ و ۶۳۱ هرتز به دست آمد. نتایج محاسبات در این سیستم نشان داد که ماده پیزوالکتریک PZT با الکترودگذاری اینتردیجیتال، بهترین عملکرد نسبت به سایر مواد پیزوالکتریک در پاسخ بسامدی زیر کیلوهرتز برای برداشت انرژی ارتعاشی محیط را دارد.

کلیدواژه ها:

نانوژنراتور پیزوالکتریک پروسکایت ، الکترودگذاری اینتردیجیتال ، توان الکتریکی بالا ، شبیه سازی الکترومکانیکی المان محدود ، پاسخ ارتعاشی