AbstractsPhysics

Ionic and capacitive electroactive laminates with carbonaceous electrodes as sensors and energy harvesters

by Indrek Must




Institution: Tartu University
Department:
Year: 2014
Keywords: süsinikelektroodid; elektroaktiivsed polümeerid; elektrilised omadused; sensorid; energiasalvestus; carbon-electrodes; electroactive polymers; electrical properties; sensors; energy storage
Record ID: 1122593
Full text PDF: http://hdl.handle.net/10062/43075


Abstract

Kaasaegses elektroonika- ja robootikatööstuses valitseb suundumus miniatuursete, autonoomsete ja läbinisti pehmete seadmete väljatöötamisele, mis ühtlasi tingib huvi sobivate materjalide arenduse vastu. Käesolevas töös käsitletakse antud valdkonnale huvipakkuvat pehmet ioonset elektroaktiivset polümeerset laminaatmaterjali (IEAP), mis koosneb suure-eripinnalistest süsinikelektroodidest, poorsest polümeermembraanist ning ioonvedelikust, mis täidab nii elektroodi kui polümeermembraani poore. Antud laminaatmaterjal on väga multifunktsionaalne – varasemalt on tuntud selle energiasalvestus- ja täituriomadused. Käesolevas töös uuritakse antud materjaliklassi uudset omadust – elektrilaengu genereerimise võimet. Esmalt rakendati IEAP laminaati konfiguratsioonis, mis vastab selle kasutamisele elektromehaanilise täiturina, kuid seda painutati välise jõuga. Painutamise tulemusena genereeris IEAP elektrilaengut proportsionaalselt painutuse ulatusega. Seega on võimalik sama IEAP-i kasutada vaheldumisi nii pehme täituri kui liigutussensorina. IEAP-d iseloomustab suur tundlikkus õhuniiskuse suhtes, sest IEAP koosneb ülihügroskoopsetest koostisosadest. Elektrokeemilise impedantsspektroskoopia meetodil selgus, et õhuniiskuse pöörduva absorptsiooni tõttu võivad IEAP elektrilised omadused muutuda enam kui ühe suurusjärgu ulatuses. Antud töös rakendati IEAP materjali kõrget niiskustundlikkust uudses, ootamatus konfiguratsioonis – hügroelektrilise rakuna. Kui IEAP paigutada kahe erineva suhtelise õhuniiskusega keskkonna eralduspiirile, tekib IEAP elektroodidel elektrilaeng. IEAP hügroelektriline rakk võimaldab koguda elektrienergiat ümbritsevast õhuniiskusest, kusjuures õhuniiskusest genereeritav elektrilaeng ületab enam kui suurusjärgu võrra painutussensorit. Siinkohal on määrava tähtsusega ka IEAP-i energiasalvestiomadused – IEAP hügroelektriline rakk ei vaja välist energiasalvestuselementi, vaid genereeritud elektrilaeng salvestatakse samasse materjaliossa, mis antud laengu genereeris. The modern electronics and robotics industry is interested in development of miniature, autonomous, and fully soft devices; consequently, the research on compatible materials is promoted. This work considers one class of materials – ionic electroactive polymer laminate (IEAP), perspective for the given field. An IEAP consists of carbonaceous electrodes with high specific surface area, a porous polymeric separator, and ionic liquid, which fills the pores in electrode and separator. IEAP is a multifunctional material – it is known for its energy storage and actuation capability. The work at hand explores a novel property of IEAP – generation of electric charge. First, an IEAP laminate was employed in a configuration that corresponds to its use as an electromechanical actuator, but it was bent using an external force. The IEAP generated electric charge proportional to the bending magnitude. Consequently, the same IEAP could be used intermittently as a soft actuator and as a motion sensor. IEAP consists of highly hygroscopic materials, which is…