Fabrication of high-performance triboelectric nanogenerator based on Ni3C nanosheets to self-power thermal patch for pain relief

材料科学 摩擦电效应 纳米发生器 制作 复合材料 热的 功率(物理) 纳米技术 光电子学 气象学 医学 量子力学 压电 物理 病理 替代医学
作者
Smaran Panth Kulakarni,Nishat Kumar Das,Sushmee Badhulika
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:35 (1): 015403-015403 被引量:4
标识
DOI:10.1088/1361-6528/ad0057
摘要

Abstract In this work, we report a vertical contact-separation mode triboelectric nanogenerators (TENG) comprising of Ni 3 C/PDMS composite and Nylon Nanofibers for self-powering a nichrome wire-based thermal patch for muscular/joint relaxation. An optimised composition of Ni 3 C (25 wt%) and PDMS as a tribo-negative material and Nylon Nanofibers synthesised via electrospinning on copper electrode foil as a tribo-positive material were used to fabricate the TENG. The fabricated TENG exhibits outstanding output generating an average open circuit voltage of ∼252 V, an average short circuit current of ∼40.87 μ A and a peak power of ∼562.35 μ W cm −2 at a matching resistance of 20 MΩ by manual tapping. Enhancement in contact area due to electrospun nylon and micro capacitive Ni 3 C flakes in dielectric PDMS contribute to the exceptional performance of the TENG. The optimised TENG is then connected to a full bridge rectifier with a 100 nF filtering capacitor to convert the AC voltage to a DC output with a peak voltage of ∼5.4 V and a ripple voltage of ∼1.04 V to recharge an ICR 18650 Li-ion battery, which functions as a medium to improve electrical energy flow to the heat patch. The electrical energy is converted into heat energy by a wounded nichrome wire placed inside the heat patch. The nichrome wire of length 3 cm with appropriate number of windings was employed in the heat patch. An increment of 45 °F can be observed by switching the charged Li-ion battery-based circuit ON for just 30 s. The strategy of self-powering a heat patch using this TENG finds enormous applications in physiotherapy and sports to relieve muscle and joint pains.
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