ENHANCEMENT OF TRIBOELECTRIC NANOGENERATOR PERFORMANCE FOR ENERGY HARVESTING USING NOVEL PDMS-BASED FILM VIA VAPOR-INDUCED PHASE SEPARATION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MEHEDI_THESIS_V4.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 18 December 2026. Download (17MB)

Arabic Abstract

يشهد الطلب المتزايد على مصادر الطاقة المستدامة والأنظمة ذاتية التشغيل اهتمامًا متناميًا بتقنيات حصاد الطاقة الحركية الحيوية الناتجة عن حركة الإنسان، وتُعَدّ المولدات النانوية الاحتكاكية (TENGs) التي تعمل على مبدأ الشحن بالاحتكاك والتحريض الكهروستاتيكي من الحلول الواعدة لتزويد الجيل القادم من الأجهزة القابلة للارتداء والأجهزة الطبية بالطاقة. تركّز هذه الدراسة على تحسين أداء المولدات النانوية الاحتكاكية من خلال تطوير غشاء مركب جديد من البوليمر بولي داي ميثيل سيلوكسان وأكسيد الغرافين (PDMS-GO) تم تصنيعه باستخدام تقنية فصل الطور بالبخار (VIPS)، وقد أثبتت هذه التقنية فاعليتها في تكوين مسامية وخشونة سطحية محكومة، مما أدى إلى تعزيز عملية توليد الشحنات وكفاءتها في النقل وبالتالي زيادة الأداء الكهرواحتكاكي الكلي. أظهر المولد النانوي المطوَّر باستخدام غشاء PDMS-GO أداءً متميزًا بجهد خرج بلغ ٢٦٤ فولت وتيار مقداره ١٠ ميكروأمبير، وهو تحسن كبير مقارنة بالأجهزة المصنوعة من PDMS النقي، كما تم توظيف هذا المولد في حصاد الطاقة الحركية الحيوية الناتجة عن الأنشطة البشرية حيث أظهر استقرارًا في الأداء لأكثر من ١٠٬٠٠٠ دورة تشغيل وقدرة عالية على التكيّف مع قوى وترددات ميكانيكية مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، تم دمج الجهاز كمفهوم تجريبي في نظام قفاز قابل للارتداء لمتابعة إعادة تأهيل اليد، حيث نجح الحساس في تحويل حركات القبض إلى إشارات كهربائية وفّرَت تغذية راجعة فورية وتحكمًا تفاعليًا في تطبيقات الألعاب العلاجية. وتُثبت هذه النتائج الإمكانات العالية لغشاء PDMS-GO كمولد طاقة فعال وحساس ذاتي التشغيل للحركة الحيوية، كما تقدّم هذه الدراسة نهجًا قابلًا للتوسع لتطوير مولدات نانوية احتكاكية عالية الأداء ومرنة وتضع الأساس نحو أنظمة طاقة مستدامة وذاتية التشغيل مخصصة لتطبيقات الرعاية الصحية وإعادة التأهيل القابلة للارتداء.

English Abstract

The increasing demand for sustainable energy sources and self-powered systems has intensified interest in harvesting biomechanical energy from human motion. Triboelectric nanogenerators (TENGs), which operate through contact electrification and electrostatic induction, have emerged as a promising solution for powering next-generation wearable and biomedical devices. This study aims to improve the efficacy of TENGs by the creation of an innovative polydimethylsiloxane-graphene oxide (PDMS-GO) composite film fabricated via a vapor-induced phase separation (VIPS) technique. The VIPS process effectively creates controlled surface porosity and roughness, thereby making it easier to generate and transfer charges, and overall triboelectric output. The modified PDMS-GO-based TENG has an impressive output voltage of 264 V and a current of 10 µA, representing a significant improvement over pristine PDMS devices. The developed TENG was utilized to harvest biomechanical energy from human activities, demonstrating stable operation over 10,000 cycles and adaptability under various mechanical forces and frequencies. Furthermore, as a proof of concept, the TENG device was integrated into a wearable glove system for hand rehabilitation monitoring, where the sensor successfully converted grip motions into electrical signals for real-time feedback and interactive gaming control. This integration validates the potential of the PDMS-GO-based TENG as both an efficient energy harvester and a self-powered biomechanical sensor. The outcomes of this work provide a scalable materials strategy for high-performance, flexible TENGs and establish a pathway toward sustainable, self-powered systems for wearable healthcare and rehabilitation applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Research Electrical
Department:	College of Chemicals and Materials > Materials Science and Engineering
Committee Advisor:	Baroud, Turki
Committee Members:	Alam, Fahad and Mahnashi, Yaqub
Depositing User:	MD MEHEDI APU (g202315230)
Date Deposited:	23 Dec 2025 07:25
Last Modified:	23 Dec 2025 07:25
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143790