Kesan salutan mxene dan struktur mikro biomimetik terhadap prestasi penjana nano triboelektrik titisan air

Abstract

Fenomena perubahan iklim merupakan isu global di seluruh dunia yang telah memberikan kesedaran manusia terhadap kepentingan alam sekitar. Perkara ini menyebabkan permintaan terhadap tenaga hijau semakin meningkat untuk menggantikan bahan api konvensional yang merupakan punca utama pencemaran alam sekitar. Penjana nano triboelektrik berasaskan titisan air merupakan salah satu alternatif yang berpotensi bagi memperoleh tenaga yang lebih bersih. Walau bagaimanapun, terdapat cabaran dalam memperoleh prestasi yang baik pada peranti TENG seperti keupayaan memerangkap cas, mempercepatkan penurunan air dan mengurangkan pembasahan pada permukaan peranti. Sehubungan itu, cabaran dari sudut reka bentuk juga sering kali dikaitkan dengan peranti TENG yang dihasilkan. Oleh itu, kajian ini telah meneroka pengaruh penggabungan MXene dan tekstur permukaan ke atas prestasi penjana nanoelektrik (TENG) berasaskan polytetrafluoroethylene (PTFE). MXene (Ti₃C₂Tₓ) digunakan sebagai salutan bagi meningkatkan pemindahan cas pada peranti TENG melalui teknik salut putar, manakala pemesinan CNC membentuk struktur biomimetik yang meningkatkan luas interaksi serta sifat hidrofobik antara titisan air dan permukaan. Hasil kajian menunjukkan bahawa salutan MXene pada komposisi 0.01wt%memberikan prestasi terbaik dengan voltan (14.2 V), arus (19.1 μA) dan kuasa (4.56 μW). Struktur biomimetik berbentuk tiang mikro turut menunjukkan peningkatan ketara berbanding struktur lain, dengan output 10.8 V, 13.7 μA dan 2.35 μW. Seterusnya, penggabungan salutan MXene (0.01wt%) dan struktur tiang mikro kemudian membuktikan terdapat peningkatan prestasi yang lebih signifikan. Gabungan ini menunjukkan bahawa penjanaan tenaga dapat dipertingkatkan dengan lebih berkesan berbanding teknik salutan MXene dan kaedah CNC secara individu. Penggabungan kedua-dua teknik ini menghasilkan output penjanaan sebanyak 16.4 V, 22.5 μA dan 6.33 μW. Keputusan ini menunjukkan peningkatan prestasi yang ketara, dengan penjanaan kuasa meningkat sehingga 276% berbanding penggunaan kaedah secara individu. Peranti ini kemudian di uji dengan empat medium air yang berbeza dan mendapati peranti ini mampu di aplikasikan pada persekitaran NaCl 0.9%, air hujan dan juga air paip bagi memperoleh prestasi yang efisien. Kesimpulannya, kajian ini menunjukkan salutan MXene dan permukaan struktur mikro dapat meningkatkan kecekapan dan prestasi TENG dalam penuaian tenaga titisan air. Penemuan ini menunjukkan potensi yang cerah dalam kaedah penjanaan tenaga melalui titisan air dan berpotensi memberikan sumber kuasa yang lebih cekap dan mampan.