पेट्रोलियम अपशिष्ट से अपसाइकिल किए गए सल्फर से टिकाऊ नैनोजनरेटर

कार्बन तटस्थता प्राप्त करने के लिए पिछले कुछ दशकों से हरित ऊर्जा संचयन पर सक्रिय रूप से शोध किया जा रहा है। ट्राइबोइलेक्ट्रिक नैनोजेनरेटर (TENG) एक आशाजनक हरित ऊर्जा संग्राहक है जो सामान्य गति से व्यर्थ होने वाली कम आवृत्ति वाली यांत्रिक ऊर्जा का उपयोग करके कई चीजों का उत्पादन करता है। 2012 में इसके विकास के बाद से, TENG को अत्यंत उपयोगी माना गया है। हाल ही में, शोधकर्ताओं की एक टीम ने अपने पिछले सिद्धांत पर एक नए दृष्टिकोण के साथ काम किया और MXene के साथ एक कुशल और टिकाऊ सल्फर-समृद्ध मिश्रित यौगिक विकसित किया।

अध्ययन का उद्देश्य – उच्च प्रदर्शन वाले टीईएनजी बनाने के लिए नए ट्राइबो सामग्री विकसित करना।

एमएक्सीन के साथ कुशल और टिकाऊ सल्फर-समृद्ध कम्पोजिट

हालांकि, टीईएनजी के लिए अत्याधुनिक ट्राइबो-सामग्रियों के संबंध में , वर्तमान शोध के 50% से अधिक में फ्लोरोपॉलिमर का उपयोग किया गया है, जिसमें पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (पीटीएफई), फ्लोरीनेटेड एथिलीन प्रोपलीन (एफईपी), और पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (पीवीडीएफ) शामिल हैं।

आवर्त सारणी के अनुसार, फ्लोरीन में सबसे अधिक इलेक्ट्रॉन बंधुता (1328.2 kJ mol-1) और इलेक्ट्रॉन ऋणात्मकता (4.0) होती है। इसका मतलब है कि वे अन्य सामग्रियों से इलेक्ट्रॉनों को प्रभावी ढंग से वापस ले सकते हैं और उच्च ऋणात्मक सतह चार्ज घनत्व उत्पन्न कर सकते हैं।

इसके कारण, फ्लोरोपॉलिमर का व्यापक रूप से TENGs बनाने के लिए नकारात्मक रूप से चार्ज करने योग्य संपर्क परतों के रूप में उपयोग किया जाता है। सामग्री के लिए फायदेमंद होने के बावजूद, राष्ट्रीय संगठनों और समकालीन अनुसंधान ने उनके प्रदूषणकारी स्वभाव के कारण फ्लोरोपॉलिमर के उपयोग के खिलाफ कई चेतावनियाँ जारी की हैं।

मुख्य आकर्षण

• ट्राइबोइलेक्ट्रिक नैनोजनरेटर या TENGs, ट्राइबोइलेक्ट्रिक श्रृंखला में चार्ज करने योग्य सामग्रियों के रूप में फ्लोरोपॉलिमर्स का उपयोग करते हैं।
• TENGs में मौजूद पॉली- और पर-फ्लुओरोएल्काइल पदार्थ (PFAS) उनके जीवनचक्र के दौरान पर्यावरण में उत्सर्जित हो जाते हैं और पर्यावरण प्रदूषण का कारण बनते हैं।
• एसआरपी या सल्फर-समृद्ध पॉलीमर/एमएक्सीन कम्पोजिट एक टिकाऊ विकल्प है जो उच्च प्रदर्शन प्रदान करता है।
• सल्फर पेट्रोल शोधन से प्राप्त एक प्रचुर मात्रा में अपशिष्ट है और बहुलकीय परमाणुओं में इसकी इलेक्ट्रॉन बंधुता सबसे अधिक होती है, जो लगभग −200 kJ mol−1 होती है।
• विद्युत रिसाव पैदा किए बिना समान वितरण के लिए SRP में 0.5% से कम MXene मिलाया जाता है। इससे परावैद्युत क्षति में अधिक वृद्धि के बिना परावैद्युत स्थिरांक में वृद्धि होती है।
• समरूप एमएक्सीन वितरण के साथ, पिछले एसआरपी-आधारित टीईएनजी की तुलना में पीक वोल्टेज (लगभग 2.9%) और पीक करंट (लगभग 19.5%) में टीईएनजी वृद्धि हुई है।
• अपने गतिशील विनिमययोग्य डाइसल्फ़ाइड बॉन्ड के कारण, यह मापांक और TEG प्रदर्शन को कम किए बिना अपनी पुन: प्रयोज्यता भी दर्शाता है।
• एक बार वेफर का आकार 4 इंच तक बढ़ जाने पर, SRP/MXene कम्पोजिट-आधारित TENG में अधिकतम ऊर्जा घनत्व में लगभग 8.4 गुना वृद्धि होती है। यह SRP पर आधारित पिछले TENG की तुलना में 3.80 W/m² तक पहुँच जाता है।
• पहली बार, शोधकर्ताओं ने एसआरपी-आधारित टीईएनजी के बीच एक बंद लूप रीसाइक्लिंग प्रणाली भी स्थापित की।

पर्यावरण और मानव स्वास्थ्य पर पड़ने वाले हानिकारक प्रभावों को कम करने के लिए सल्फर युक्त पॉलिमर विकसित करने की आवश्यकता है। ये पॉलिमर मुख्य रूप से पेट्रोल तेल शोधन की हाइड्रोडीसल्फराइजेशन प्रक्रिया से प्राप्त 7 लाख टन मौलिक सल्फर से बने होते हैं।

इस प्रक्रिया के दौरान, हाइड्रोजन सल्फाइड (H2S) गैस से मौलिक सल्फर निकाला जाता है, जिससे अन्य अपशिष्टों की तुलना में असाधारण रूप से शुद्ध पदार्थ प्राप्त होता है। -200 kJ mol-1 की उच्चतम इलेक्ट्रॉन बंधुता और -122 kJ mol-1 की इलेक्ट्रॉन बंधुता के साथ, ये उच्च-प्रदर्शन वाले TENG के निर्माण के लिए एक आशाजनक तत्व बन जाते हैं। इसके अलावा, उपयोग किए गए SRP को उनके गतिशील रूप से विनिमय योग्य डाइसल्फाइड बंधों के कारण यांत्रिक गुणों में गंभीर गिरावट के बिना थर्मल रीप्रोसेसिंग द्वारा पुन: उपयोग किया जा सकता है ।

एमएक्सीन - नया नैनोमटेरियल

एमएक्सईन 2डी नैनोमटेरियल्स के एक नए परिवार से संबंधित है । इसकी संरचना 2डी शीट जैसी होती है और इसका एस्पेक्ट रेशियो उच्च होता है। इसमें धात्विक विद्युत चालकता (5000-20,000 S cm-1) पाई जाती है। एमएक्सईन में एक धात्विक कोर और ऑक्साइड- और फ्लोरीन-आधारित सतह टर्मिनल समूह भी होते हैं, जो इसे ऋणात्मक आवेशित सतहें प्रदान करते हैं।

ऋणात्मक आवेशित सतहें जलीय माध्यम में एमएक्सईन नैनोशीट्स का स्थिर फैलाव प्रदान करती हैं । यह पर्यावरणीय अनुप्रयोगों और विभिन्न त्रि-आयामी स्थलाकृति वाली वस्तुओं के लिए कोटिंग प्रक्रियाओं में लाभकारी सिद्ध होता है। जलीय माध्यम में स्थिर फैलाव और विद्युत चालकता प्राप्त करने के लिए, एमएक्सईन को अतिरिक्त अपचयन या ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं की आवश्यकता नहीं होती है ।

MXene के साथ TENG आउटपुट प्रदर्शन संवर्द्धन

एमएक्सीन की विद्युत चालकता और ऋणात्मक सतही आवेश पॉलिमर मैट्रिक्स और एमएक्सीन के बीच इंटरफेस पर सूक्ष्म द्विध्रुवों को प्रेरित करने के लिए जिम्मेदार है। यह पॉलिमर नैनोकंपोजिट के परावैद्युत स्थिरांक को बढ़ाता है। विभिन्न शोधों से यह स्पष्ट हुआ है कि पॉलिमर नैनोकंपोजिट के परावैद्युत स्थिरांक में सुधार करने से उनका प्रदर्शन बेहतर होता है।

इसके अलावा, एमएक्सिन की मात्रा को समायोजित करके टीईएनजी के प्रदर्शन में सुधार किया गया, जिससे एमएक्सिन संरचना की कनेक्टिविटी नियंत्रित हुई। इस तरह विद्युत पारगमन पर भी कोई प्रभाव नहीं पड़ा। साथ ही, टीईएनजी में उच्चतम आउटपुट प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए केवल 0.4 wt% एमएक्सिन की आवश्यकता थी ।

इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने उनके लिए स्केलिंग-अप प्रक्रिया और कोरोना डिस्चार्जिंग को लागू किया। इसके परिणामस्वरूप SRP/MXene TENG की पीक पावर डेंसिटी में वृद्धि हुई। यह उन्हें चार्ज कैपेसिटर और एलईडी जैसे वाणिज्यिक इलेक्ट्रॉनिक्स को कुशलतापूर्वक पावर देने में सक्षम बनाता है।

केआईएसटी के शोधकर्ताओं के अनुसार, सक्रिय एमएक्सईएन के साथ लागत प्रभावी हरित हाइड्रोजन उत्पादन ।

Ti3C2Tx MXene नैनोशीट बनाने की प्रक्रिया

निम्न चित्र में Ti3C2Tx MXene जलीय घोल के संश्लेषण को दिखाया गया है, जिससे MXene को एकल परत स्तर पर अलग किया जा सके और फिर उसे डेलोनाइज्ड जल में फैलाया जा सके। नकारात्मक रूप से आवेशित MXene नैनोशीट के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के कारण जलीय माध्यम में MXene नैनोशीट को स्थिर रूप से फैलाना आसान है।

एसआरपी मैट्रिक्स की तैयारी में 75 wt% मौलिक सल्फर (S) का 25 wt% 1,3-डाइसोप्रोपेनिलबेंजीन (DIB) के साथ व्युत्क्रम वल्कनीकरण शामिल है । इससे ठोस एसआरपी चंक्स प्राप्त होते हैं, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। इसके अलावा, मौलिक सल्फर के पुनर्क्रिस्टलीकरण को रोकने के लिए, शोधकर्ताओं ने एसआरपी चंक्स को 160°C पर 10 मिनट के लिए पोस्ट-बेक किया। इससे अप्रतिक्रियाशील पदार्थों की आगे की प्रतिक्रियाओं को प्राप्त करने में मदद मिलती है।

इस प्रकार, रासायनिक रूप से स्थिर एसआरपी के टुकड़े प्राप्त किए गए और उन्हें लगभग 17°C के ग्लास ट्रांज़िशन तापमान ( T g) पर पीसकर पाउडर बनाया गया। शोधकर्ताओं ने इस प्रक्रिया के लिए एक व्यावसायिक ब्लेंडर और तरल नाइट्रोजन का उपयोग किया। एसईएम छवियों से मापी गई एसआरपी पाउडर की औसत प्रक्षेपित क्षेत्रफल त्रिज्या 18.9 ± 14.4 µm है ।

इसके अलावा, एसआरपी पाउडर को एमएक्सीन जलीय घोल में जोरदार हिलाकर पूरी तरह से डुबोया गया। फिर शोधकर्ताओं ने 25 घंटों के लिए कमरे के तापमान 72 डिग्री सेल्सियस पर वैक्यूम स्थितियों के तहत जलीय मीडिया के वाष्पीकरण के माध्यम से स्व-संयोजन द्वारा एमएक्सीन नैनोशीट को प्रभावी ढंग से कोट करने के लिए इसका इस्तेमाल किया।

फिर एआई-इलेक्ट्रोड एकीकृत एसआरपी/एमएक्सीन मिश्रित फिल्म बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने एआई पन्नी पर एमएक्सीन-लेपित एसआरपी पाउडर रखा और 140° सेल्सियस पर 2 मिनट के लिए गर्म दबाव डाला । चूंकि एसआरपी मैट्रिक्स में डाइसल्फाइड बॉन्ड 140° सेल्सियस पर गतिशील रूप से आदान-प्रदान कर सकते हैं, इसलिए जब वे अपनी सीमाओं के साथ भौतिक संपर्क में आते हैं तो वे एक स्थिर फिल्म बना लेते हैं।

इस प्रकार, एमएक्सीन परतें नए बने डाइसल्फ़ाइड बॉन्ड के साथ आसन्न एसआरपी मैट्रिक्स द्वारा कसकर घिरी हुई हैं और उनमें कोई रिक्त स्थान नहीं है। यह एकरूपता और स्थिरता सुनिश्चित करता है। समग्र फिल्म की लक्ष्य मोटाई प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने फिल्म की मोटाई पर तापमान के प्रभाव की व्यवस्थित रूप से जांच की।

स्ट्रेन स्वीप परीक्षण

इसके अतिरिक्त, शोधकर्ताओं को यह जांचने की आवश्यकता है कि चूर्णीकरण और गर्म पासिंग के दौरान थर्मो-मैकेनिकल गुण बनाए रखे गए थे या नहीं। इसके लिए 0.8 wt% MXene (जो सामग्री में सबसे अधिक MXene था) का उपयोग करके मिश्रित फिल्मों पर स्ट्रेन स्वीप परीक्षण किए गए। बीच में 7 मिनट के विराम के साथ 2 लगातार स्ट्रेन स्वीप परीक्षण किए गए।

संरचनात्मक विनाश को प्रेरित करने वाले रैखिक विस्कोइलास्टिक क्षेत्रों से परे अन्वेषण करने के लिए, प्रत्येक परीक्षण में 0.01% से 100% तक के तनाव लागू किए गए। गतिशील बॉन्ड एक्सचेंज के माध्यम से थर्मो-मैकेनिकल गुणों की पुनर्प्राप्ति के लिए यह आवश्यक था।

इन 2 मिनट के विरामों के दौरान SRP/MXene मिश्रित फिल्मों के मापांक को सफलतापूर्वक पुनर्प्राप्त किया गया। फिर इन मिश्रित फिल्मों का उपयोग TENG डिवाइस को विकसित करने के लिए किया गया जिसका उपयोग ऊर्ध्वाधर संपर्क और पृथक्करण के लिए किया जा सकता है।

Ti3C2Tx MXene का टिंडल प्रभाव

शोधकर्ताओं ने सामान्य रूप से उपलब्ध ग्रीन लेजर के तहत विकिरणित 0.02 मिलीग्राम एमएल-1 की सांद्रता के साथ टिंडल प्रभाव की भी पुष्टि की। टिंडल प्रभाव जलीय घोल में एमएक्सीन नैनोशीट के समान वितरण से होता है, जो आगे चलकर प्रकाश के बिखराव की ओर ले जाता है।

शोध के अनुसार , लिथियम बैटरी की तुलना में कार्बन नैनोट्यूब रस्सियों में विशाल ऊर्जा भंडारण के बारे में अधिक जानकारी प्राप्त करें ।

संश्लेषित एमएक्सीन नैनोशीट की विशेषताएं

संश्लेषित नैनोशीट की निम्नलिखित विशेषताएं हैं:

• विद्युत चालकता – 8,381 ± 319 S cm−1 (चार-बिंदु जांच द्वारा मापा गया)
• पार्श्व आकार – 3.0 ± 2.3 µm (स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के माध्यम से मापा गया)
• ऊँचाई - 2 एनएम से कम (परमाणु बल माइक्रोस्कोपी द्वारा मापी गई), जो मोनोलेयर-स्तरीय एक्सफोलिएशन के उच्च पहलू अनुपात को इंगित करती है।

निम्नलिखित तालिका एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस) माप से एमएक्सीन की परमाणु संरचना का संक्षिप्त दृश्य प्रस्तुत करती है।

	परमाणु प्रतिशत (%)
सी 1एस	22.47
एफ 1एस	17.21
ओ 1एस	25.33
टीआई 2पी	34.56

जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, एसआरपी पाउडर का बड़ा सतह क्षेत्र एमएक्सीन जलीय घोल की उच्च सांद्रता द्वारा प्राप्त किया गया था। कम एमएक्सीन सामग्री के कारण मिश्रित फिल्मों में कोई रिसाव नहीं होता है क्योंकि एकत्रित एमएक्सीन परतों के बीच पर्याप्त दूरी होती है।

एमएक्सईन की मात्रा बढ़ने से छिटपुट रूप से वितरित परतों के बीच की दूरी कम होने के कारण रियोलॉजिकल परकोलेशन शुरू हो जाता है। हॉट-प्रेसिंग के दौरान, इंटरफ़ेस पर उच्च कठोरता वाले फिलर्स वाली पॉलीमर श्रृंखलाएं आंशिक रूप से संरेखित हो जाती हैं। इसके परिणामस्वरूप अधिक कठोर अक्रिस्टलीय अंश बनते हैं।

इस चरण में, SRP/MXene कंपोजिट के प्रत्यास्थता मापांक को बढ़ाना आसान है । साथ ही, विद्युत पारगमन को भी बढ़ाया जा सकता है ताकि भौतिक संपर्क के माध्यम से SRP मैट्रिक्स में एक त्रिविमीय नेटवर्क जैसी संरचना का निर्माण हो सके। इससे SRP/MXene कंपोजिट फिल्मों की मोटाई के माध्यम से ऊपर से नीचे तक फैली प्रवाहकीय नलिकाओं का विकास होता है।

पृथक संरचना के साथ समान वितरण

• एमएक्सीन-लेपित एसआरपी पाउडर का गहरा रंग एमएक्सीन सामग्री में वृद्धि के कारण है।
• इसके बाद, जैसे-जैसे एमएक्सीन सामग्री बढ़ी, हाइड्रॉक्सिल समूह (ओएच) शिखर (3,430 सेमी−1) की तीव्रता में वृद्धि हुई, जिसकी पुष्टि फूरियर ट्रांसफॉर्म इंफ्रारेड (एफटी-आईआर) स्पेक्ट्रा द्वारा की गई।
• इसके अलावा, कोई शिखर बदलाव नहीं देखा गया जो स्पष्ट रूप से MXene और SRP के बीच अंतःक्रियाओं का सुझाव देता है। क्रॉस-सेक्शनल SEM इमेज (ब्राइट सेक्शन) MXene की सामग्री बढ़ने के साथ इसकी परतों के बीच बढ़ी हुई कनेक्टिविटी दिखाती है।
• चित्र ई Ti परमाणुओं के भार अंश और लागू MXene सामग्री के बीच एक रैखिक सहसंबंध को दर्शाता है। अगला चित्र MXene की वितरित अवस्थाओं की पृथक संरचना, लैकुनारिटी और फ्रैक्टल आयाम को दर्शाता है।

निम्नलिखित छवि का विवरण इस प्रकार है (वर्णमाला क्रम में):

1. एमएक्सीन-लेपित एसआरपी पाउडर (i) और विभिन्न एमएक्सीन सामग्री के साथ एसआरपी/एमएक्सीन मिश्रित फिल्म की डिजिटल छवियां (ii)
2. भिन्न-भिन्न MXene सामग्री वाली SEP/MXene फिल्मों की अनुप्रस्थ-काट SEM छवियां।
3. 0.8 wt% MXene के साथ क्रॉस-सेक्शनल EDS परमाणु मानचित्रण छवियां।
4. उच्च परिमाण SEM क्रॉस-सेक्शनल और परमाणु मानचित्रण छवियां 0.4% MXene के साथ मिश्रित फिल्मों को दिखाती हैं।
5. एसआरपी/एमएक्सीन फिल्म में टीआई परमाणु का भार अंश एमएक्सीन सामग्री के रूप में कार्य करता है।
6. पृथक संरचना बनाम सामग्री (एमएक्सीन) का आंशिक आयाम और लैकुनारिटी।
7. रबरी पठार क्षेत्र में भंडारण मापांक और विभिन्न MXene सामग्री के साथ मिश्रित फिल्म का टैन अधिकतम।

एसआरपी/एमएक्सीन कम्पोजिट फिल्म के परावैद्युत गुण

निम्नलिखित चित्र से, हम बाहरी ई-क्षेत्र के अंतर्गत स्वच्छ एसआरपी फिल्मों और एसआरपी/एमएक्सीन मिश्रित फिल्मों के विभिन्न ध्रुवीकरण तंत्रों को देख सकते हैं। स्वच्छ एसआरपी फिल्मों के विपरीत, यहाँ ध्रुवीकरण आवेश एसआरपी और एमएक्सीन के बीच इंटरफेस पर जमा होते हैं।

परत के टर्मिनल समूहों में उच्च विद्युत ऋणात्मकता देखी गई। यह SRP मैट्रिक्स में मौजूद सल्फर और कार्बन से अधिक है। इसके कारण SRP मैट्रिक्स से इलेक्ट्रॉन घनत्व MXene परतों की सतह पर वापस आ जाता है। इस प्रकार, मिश्रित फिल्में अतिरिक्त रूप से संचित चार्ज के कारण बाहरी ई-क्षेत्र के तहत एक उच्च कुल शुद्ध चार्ज उत्पन्न कर सकती हैं।

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एसआरपी/एमएक्सीन कम्पोजिट फिल्म्स का आउटपुट प्रदर्शन (12.5 सेमी2)

निम्न चित्र SRP/MXene मिश्रित फिल्मों पर आधारित आउटपुट प्रदर्शन को दर्शाता है। शोधकर्ता TENGs के आउटपुट प्रदर्शन की व्यवस्थित जांच करने के लिए उनके पीक वोल्टेज और पीक करंट को मापते हैं।

एसआरपी/एमएक्सीन से बनी मिश्रित फिल्मों में निम्नलिखित विशेषताएं होती हैं।

• औसत मोटाई – 150μm
• सक्रिय क्षेत्र – 2.5 सेमी × 5.0 सेमी (12.5 सेमी2)
• संपर्क एवं पृथक्करण की आवृत्ति – 30N एवं 0.65 Hz
• लेकिन जैसे ही MXene की मात्रा 0 से 4 wt% तक बढ़ी, दोनों पीक वोल्टेज में 68.8 ± 4.5 से और Ipeak में 2.5 ± μA से 161.0 ± 20.0V और 8.1 ± 1.0 μA तक की वृद्धि हुई।

जैसा कि अपेक्षित था, SRP/MXene कम्पोजिट-आधारित TENG में 0.4 wt% के साथ ट्राइबोइलेक्ट्रिक आउटपुट प्रदर्शन उच्च था। इसके बाद, TENG आउटपुट प्रदर्शन में एक पैरामीटर संपर्क परत की मोटाई थी। जब यह अनुकूलित मूल्य से कम था और चार्ज की गई सतह AI इलेक्ट्रोड के बहुत करीब थी, तो इसने कम्पोजिट फिल्मों पर नकारात्मक चार्ज उत्पन्न किए।

जबकि, जब मोटाई इष्टतम से अधिक थी, तो कोई सकारात्मक चार्ज उत्पन्न नहीं हुआ क्योंकि विद्युत क्षेत्र दूरी के साथ घटता गया। इस प्रकार, इष्टतम मोटाई लगभग 500 μm मापी गई।

दीर्घकालिक परिचालन स्थिरता

24 घंटे के बिजली उत्पादन परीक्षणों के साथ, शोधकर्ताओं ने SRP/MXene कम्पोजिट-आधारित TENGs की दीर्घकालिक परिचालन स्थिरता की जाँच की। 24 घंटों के दौरान Vpeak और Ipeak में महत्वपूर्ण कमी के बिना स्थिर बिजली उत्पादन दर्ज किया गया।

इसके अलावा, एकसमान एमएक्सीन वितरण एमएक्सीन और एसआरपी के बीच एक बड़े अंतरापृष्ठीय क्षेत्र को प्रेरित करता है जो उल्लेखनीय टीईएनजी प्रदर्शन को सक्षम बनाता है।

एमएक्सीन/एसआरपी कम्पोजिट-आधारित टीईएनजी की स्थिरता को समझना

शोधकर्ताओं ने संपूर्ण बंद लूप पुनर्चक्रण प्रक्रिया का प्रयोग करके प्रयोगात्मक रूप से इसका प्रदर्शन किया।

• उन्होंने सबसे पहले समग्र फिल्म से शारीरिक रूप से जुड़े एआई फ़ॉइल इलेक्ट्रोड को हटाया
• फिर फिल्म को तरल नाइट्रोजन के साथ Tg से नीचे चूर्णित किया गया।
• इसके बाद नमी के संघनन को रोकने के लिए इसे वैक्यूम में सुखाया गया।
• फिर उन्होंने पुनःप्रसंस्कृत किया पुनः चूर्णित एसआरपी/एमएक्सीन मिश्रित प्रारंभिक तैयारी की स्थितियों के तहत गर्म दबाव द्वारा पाउडर को एक फिल्म में बदलना।
• पुनः, पुनर्नवीनीकृत फिल्म का उपयोग TENG उपकरणों को विकसित करने के लिए किया गया।

पुनर्चक्रित एमएक्सीन/एसआरपी कम्पोजिट फिल्म की विशेषताएं

• रूप और रंग में नगण्य परिवर्तन
• रबर का पठार स्थिर रहा और कोई गिरावट नहीं आई (फिल्म को 4 बार पुनर्चक्रित करने के बाद)
• इसके अलावा, वी-पीक और आई-पीक को भी बरकरार रखा गया।

आउटपुट प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए: कोरोना डिस्चार्ज और MXene/SRP (81.1 cm2) को बढ़ाना

कोरोना डिस्चार्जिंग के बाद, 0.4 wt% वाली मिश्रित फिल्मों की सतह क्षमता में काफी सुधार हुआ। शोधकर्ताओं ने संपर्क परत की सतह में उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को कृत्रिम रूप से इंजेक्ट किया। SRP/MXene मिश्रित फिल्म को विभिन्न बड़े पैमाने के अनुप्रयोगों के लिए इसके दायरे को प्रदर्शित करने के लिए 4-इंच वेफ़र तक बढ़ाया गया था।

स्केल अप TENG में क्रमशः Vpeak (1,717.7 V) और Ipeak (129.0 μA) है, जो लगभग ≈3.6 है, जो कोरोना डिस्चार्जिंग से पहले मापे गए से 4.4 गुना अधिक है।

शोधकर्ताओं ने पाया कि 8 mΩ लोड प्रतिरोध पर, पीक पावर घनत्व 3.80 W m-2 तक पहुंच गया। यह SRP/PPFS मिश्रण-आधारित TENGs द्वारा पिछले रिकॉर्ड किए गए सेट की तुलना में 8.4 गुना वृद्धि है। इसके अलावा, पुराने रिकॉर्ड की तुलना में आवश्यक लोड सहायता 12.5 गुना कम हो गई थी।

पहले रिपोर्ट किए गए वर्टिकल कॉन्टैक्ट और सेपरेशन मोड MXene-आधारित TENG की तुलना में, SRP/MXene-आधारित TENG ने 0.4 wt% MXene की काफी कम मात्रा का उपयोग करने के बावजूद पावर डेंसिटी, V पीक और I पीक सहित बेहतर या तुलनीय TENG आउटपुट प्रदर्शन प्रदर्शित किया। विशेष रूप से, SRP/MXene-आधारित TENG की प्रति आवृत्ति घनत्व लगभग 5.86 W m−2 Hz−1 था।

एक शोध से पता चला है कि बैंगनी समुद्री बैक्टीरिया को पीसकर पर्यावरण के अनुकूल वायु उर्वरक विकसित करना संभव है ।

एसआरपी निर्माण पर पिछली रिपोर्टें

2019 – शोधकर्ताओं ने एसआरपी फिल्म की सतह को सीधे फ्लोरीनीकरण करके उच्च प्रदर्शन वाले टीईएनजी के निर्माण के लिए एसआरपी का उपयोग करने की अवधारणा पेश की।

कमियां – इस पद्धति में F2 गैस का उपयोग किया जाता है जो ज्वलनशील और अत्यधिक विषैली होती है, जिससे मानव सुरक्षा को खतरा होता है और यह पर्यावरणीय स्थिरता प्रदान नहीं करती है।

2022 – एफ2 गैस से जुड़े खतरों से निपटने के लिए, गैर-वाष्पशील पॉली (पेंटाफ्लोरोपॉलीस्टाइरीन) या पीपीएफएस युक्त एक पॉलीमर मिश्रण को एसआरपी मैट्रिक्स में विकसित किया गया। एसआरपी-आधारित इस दूसरी पीढ़ी के टीईएनजी ने पहली पीढ़ी के टीईएनजी की तुलना में बेहतर उत्पादन प्रदर्शन दिखाया। साथ ही, इसने दीर्घकालिक स्थिर बिजली उत्पादन भी प्रदर्शित किया।

यह सुधार एक नए प्रसंस्करण डिजाइन द्वारा आया, जिसने थर्मल फिल्म प्रसंस्करण के दौरान चरण पृथक्करण के माध्यम से पीपीएफएस-समृद्ध सतहों को स्थानीयकृत किया।

कमियां – पीपीएफएस का उपयोग 7.5 wt% तक सीमित है। पीपीएफएस के उपयोग से टिकाऊ एसआरपी-आधारित टीईएनजी के लाभ कम हो जाते हैं। पीपीएफएस से होने वाला पर्यावरणीय प्रदूषण अभी भी एक समस्या बना हुआ है, और इसकी पुन: प्रयोज्यता को साबित करने के लिए कोई प्रयास नहीं किया गया है। चूंकि टीईएनजी के बेहतर प्रदर्शन के लिए फ्लोरीन-आधारित भागों का सतह पर होना आवश्यक है, इसलिए इसका पुनर्संसाधन कठिन हो जाता है।

2024 – टिकाऊ और उच्च-प्रदर्शन वाले TENGs के विकास के लिए नैनोफिलर के रूप में Ti3C2Tx MXene की सूक्ष्म मात्रा को शामिल करते हुए SRP मिश्रित प्रणाली विकसित की गई है। यह पिछले SRP-आधारित TENGs की सीमाओं को प्रभावी ढंग से दूर करती है।

निष्कर्ष

इस तरह यह स्पष्ट हो गया कि यह दृष्टिकोण एमएक्सईन के साथ कुशल और टिकाऊ सल्फर-समृद्ध कंपोजिट बनाने में कारगर है। इसने उच्च शक्ति घनत्व प्रदर्शित किया और टीईएनजी उपकरण के प्रदर्शन पर बिना किसी समझौता किए क्लोज्ड-लूप रीसाइक्लिंग को प्रदर्शित किया। टीईएनजी को पर्यावरण के अनुकूल माना जाता है क्योंकि यह सल्फर जैसे अपव्ययी तत्वों का उपयोग करता है। साथ ही, इन फिल्मों में गतिशील रूप से विनिमय योग्य डाइसल्फाइड बॉन्ड होते हैं, जिसके कारण इन्हें पीसकर और तापीय प्रसंस्करण द्वारा पुन: उपयोग किया जा सकता है । इस अभिनव दृष्टिकोण से पिछली प्रणाली की सीमाओं को दूर करने की उम्मीद है।

स्रोत सामग्री : सल्फर-समृद्ध पॉलिमर कंपोजिट पर आधारित उच्च-प्रदर्शन वाला फिर भी टिकाऊ ट्राइबोइलेक्ट्रिक नैनोजेनरेटर जिसमें एमएक्सईन पृथक संरचना है

स्रोत : सहायक जानकारी