Investigation of laser-textured triboelectric nanogenerator for vibration sensing of machine tools

摩擦电效应 纳米发生器 材料科学 振动 激光器 接触带电 电压 机械加工 压电 电气工程 光电子学 工程类 声学 复合材料 光学 物理 冶金
作者
Poonam Kaushik,Puneet Gupta,J Diksha,A. Tripathi,Suhas S. Joshi,I. A. Palani
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:32 (8): 085028-085028 被引量:4
标识
DOI:10.1088/1361-665x/ace394
摘要

Abstract The breakdown of any industrial mechanical system can be predicted and identified using vibration sensing. Piezoelectric material-based vibration sensors are commercially available, but their use is limited by their reliance on external power sources and intricate data-gathering systems. Recently, contact electrification-based triboelectric nanogenerators (TENGs), which are reliable, affordable, and lightweight devices, have been developed as vibration sensors. The TENG is a high-voltage output device; however, its lower current output restricts its practical applications. In this work, we report a novel laser texturing technique for output enhancement of polytetrafluoroethylene (PTFE)- and aluminum (Al)-based TENG for machinery vibration sensing applications. An Nd 3+ : YAG pulse laser was used for texturing the PTFE sheet. A 50% spatial spot overlap with laser fluences of 10 and 50 J cm −2 was chosen to investigate the impact on the TENG electrical output. As compared to pristine TENG, the open-circuit voltage and short-circuit current of laser-textured (LT) TENG increased from 308 V to 368 V and 12.64 µ A to 19.16 µ A, respectively. The TENG device was attached to a lathe and a milling machine to sense the change in vibration state with respect to various machining parameters. Moreover, the proposed LT performance-enhanced TENG has excellent potential and broad applications in the fields of machinery monitoring, fault detection, and the Internet of Things and Industry 4.0.
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