زیست توده سلولزی جدید به عنوان ماده تریبوالکتریک با کارایی بالا برای برداشت انرژی

افزایش روزافزون نیاز به منابع انرژی پاک قابل حمل و قابل برداشت از محیط های مختلف، نانومولدهای تریبوالکتریک (TENGs) را به عنوان گزینه ای امیدبخش در سیستم های بازیابی انرژی مکانیکی تلف شده مطرح کرده است. مواد تریبوالکتریک آن دسته از موادی هستند که هنگام تماس با یکدیگر اثر تریبوالکتریک را در سطح خود نشان می دهند. در سال های اخیر با آشکار شدن محدودیت ها و معایب پلیمرهای مصنوعی، استفاده از پلیمرهای طبیعی به دلیل مزایایی همچون تجدیدپذیری، زیست تخریب پذیری و سازگاری زیستی، مورد توجه ویژه پژوهشگران قرار گرفته است. زیست توده های لیگنوسلولزی گیاهان یا مواد گیاهی با مواد آلی طبیعی مختلف هستند. آنها بخش عمده ای از مواد کربنی پایدار را تشکیل می دهند و همچنین مطلوب ترین منبع مواد خام برای تولید پایدار مواد بیوشیمیایی، بیواتانول و سوخت های زیستی هستند. در این میان سلولز به عنوان فراوان ترین پلیمر طبیعی روی کره زمین پتانسیل بالایی برای کاربرد در فناوری های نوین انرژی دارد. اکثر دیواره های سلولی گیاهان از سلولز، همی سلولز و لیگنین تشکیل شده اند که لیگنین به عنوان چسبی بین اجزای سلولز و همی سلولز عمل می کند و همچنین سلولز حدود ۳۵ تا ۵۰ درصد وزن خشک زیست توده لیگنوسلولزی را تشکیل می دهد. در این پژوهش برای نخستین بار از علف هرز سیزاب ایرانی Veronica (Persica) به عنوان یک منبع کم هزینه و در دسترس برای استخراج نانوسلولز استفاده شد. استخراج نانوسلولز با به کارگیری روش هیدرولیز اسیدی و با استفاده از سه پروتکل مختلف با غلظت ها و زمان های متفاوت انجام گردید. نمونه استخراج شده با درصد بلورینگی ۶۱.۵۷ درصد برای پوشش دهی الکترود انتخاب شد. در مرحله بعد، کامپوزیت های نانوسلولز پلی وینیل الکل (CNF/PVA) در سه نسبت مختلف (۷۰:۳۰، ۵۰:۵۰) و (۳۰:۷۰) تهیه گردید. ورق های استیل پس از انجام عملیات فعال سازی سطحی درون این محلول های کامپوزیتی غوطه ور شده و پوشش دهی شدند. در نهایت، خواص الکتریکی نانومولدهای ساخته شده مورد ارزیابی جامع قرار گرفت. نتایج نشان داد که نمونه با کمترین درصد سلولز (۳۰:۷۰) به بالاترین ولتاژ خروجی برابر با ۱۲.۹ ولت دست یافت در حالی که نمونه با بیشترین درصد سلولز (۷۰:۳۰) بیشترین چگالی جریان خروجی را معادل ۰.۳۷ میکروآمپر تولید نمود. این پژوهش به وضوح قابلیت استفاده از نانوسلولز استخراج شده از پسماندهای گیاهی و علف های هرز را در ساخت نانومولدهای تریبوالکتریک کارآمد و سازگار با محیط زیست به اثبات می رساند و گامی مهم در جهت توسعه فناوری های انرژی سبز مبتنی بر منابع طبیعی به شمار می رود.

کلیدواژه ها:

نانوژنراتور تریبوالکتریک برپایه سلولز ، سلولز ، نانوفایبر ، استخراج سلولز از سیزاب ایرانی ، کامپوزیت سلولز و پلی وینیل الکل