شبيه سازي الكترومكانيكي و تحليل نانوژنراتور كانتيلور تك لايۀ پيزوالكتريك پروسكايت با الكترودگذاري اينترديجيتال در كاربرد برداشت انرژي ارتعاشي ‏

در اين مقاله، نانوژنراتور كانتيلور تك‌لايۀ پيزوالكتريك با توانايي توليد ولتاژ خروجي بالا در پاسخ به ارتعاش مكانيكي با استفاده از روش المان محدود به صورت 3 بعدي شبيه‌سازي شد. براي لايۀ فعال پيزوالكتريك در اين نانوژنراتور، مواد پروسكايت PMN-PT، PZT و MAPbI3 به كار برده شد. همچنين با الكترودگذاري اينترديجيتال براي بهره‌گيري از ضريب پيزوالكتريك طولي d33 در حين ارتعاش خمشي، سازۀ نانوژنراتور استفاده شده است. اين نانوژنراتور متشكل از بستر منعطف پليمر PET، يك لايۀ پيزوالكتريك بر روي آن و الكترود طلا ‌است كه در ادامه با پليمر اپوكسي 8-SUكپسوله شده است. به ‌منظور صحت‌سنجي روش حل نرم‌افزاري نانوژنراتور، نتايج شبيه‌سازي حاضر با دو پژوهش تجربي مقايسه و سپس همگرايي نتايج ولتاژ خروجي با تغيير ابعاد المان‌بندي شبكه بررسي شد. قطبي‌شدگي به وسيلۀ اعمال ولتاژ بالا به صفحۀ پيزوالكتريك از طريق الكترودها، توزيع پتانسيل الكتريكي در لايۀ پيزوالكتريك بعد از اعمال تنش مكانيكي، ولتاژ و توان الكتريكي خروجي در بسامد‏ ارتعاشي و رفتار وابسته به شتاب ( g 0/2-25) در پاسخ به بسامد‏ تشديد‏ ارتعاشي شبيه‌سازي شد. بسامد‏ تشديد‏ محاسبه‌شده براي سه مادۀ پيزوالكتريك پروسكايت PZT، PMN-PT و MAPbI3به ترتيب 549 ، 560/5 و 631 هرتز به دست آمد. نتايج محاسبات در اين سيستم نشان داد كه مادۀ پيزوالكتريك PZT با الكترودگذاري اينترديجيتال، بهترين عملكرد نسبت به ساير مواد پيزوالكتريك در پاسخ بسامد‏ي زير كيلوهرتز براي برداشت انرژي ارتعاشي محيط را دارد.