Design and Simulation of Single‐Electrode Mode Triboelectric Nanogenerator‐Based Pulse Sensor for Healthcare Applications Using COMSOL Multiphysics

摩擦电效应 多物理 纳米发生器 电压 材料科学 可穿戴计算机 制作 计算机科学 电气工程 电子工程 工程类 有限元法 嵌入式系统 病理 复合材料 医学 结构工程 替代医学
作者
Ammu Anna Mathew,S. Vivekanandan
出处
期刊:Energy technology [Wiley]
卷期号:10 (5) 被引量:31
标识
DOI:10.1002/ente.202101130
摘要

The advancement in triboelectric nanogenerator technology leads to numerous advantages in various fields, especially in biomedical and healthcare applications. Theoretical modeling and simulation of sensors is the initial step for an optimized cost‐effective real‐time sensor fabrication which reduces the wastage of materials and rapid prototyping, giving an expected sensor performance. Herein, a theoretical model of single‐electrode triboelectric nanogenerator is presented which finds its application in healthcare monitoring as a wearable flexible pulse sensor to measure the wrist pulse for disease diagnosis. The device optimization in terms of structure, material and output performance is done based on the said application. A brief study of the operating principle of the sensor along with the factors affecting the output is discussed in this work. The design is conceptually investigated considering the electrostatic shield effect from the contact electrode. The output performance variation concerning the plain and micro‐structured triboelectric surface is also determined in terms of open‐circuit voltage of ≈16.95 and ≈21.63 V, respectively, and also a short‐circuit charge of ≈181.81 and ≈196.57 pC, respectively. The superior output performance even for smaller wrist pulse displacement range can serve as a significant assistance for the rational plan of the device structure.
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