OPTIMIZING TRIBOELECTRIC NANOGENERATOR PERFORMANCE FOR BIOMECHANICAL ENERGY HARVESTING THROUGH FILLER AND SALT INTEGRATION IN PVDF-HFP NANOFIBER THIN FILMS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Asma_Thesis_V4.pdf Restricted to Repository staff only until 21 December 2026. Download (21MB)

Arabic Abstract

تُعَدّ المولدات النانوية الكهرو الاحتكاكية (TENGs) حلولًا واعدةً وخفيفة الوزن ومرنة وقابلة للتوسّع في مجال حصاد الطاقة الحيوية الميكانيكية. تستكشف هذه الدراسة تحسين أداء مولدات الاحتكاك الكهرو نانوية المعتمدة على أليافٍ نانوية من بولي فلوريدين هكسافلوروبروبيلين (PVDF-HFP) المنتَجة بطريقة الغزل الكهربائي من خلال دمج مواد مالئة وأملاح مختلفة. وبينما تناولت الدراسات السابقة استخدام مادة مالئة واحدة ضمن المصفوفات البوليمرية، لا يزال استخدام المواد المالئة المزدوجة غير مستكشف على نطاقٍ واسعٍ في تطبيقات المولدات الكهرو الاحتكاكية. في هذا العمل، أظهر الحشو الكربوني المشتق من الكتلة الحيوية (من ألياف الجوت) نواتج جهد بلغت ذروتها نحو ٢٠٠ فولت، مما يوفر بديلًا مستدامًا ومنخفض التكلفة، والأهم من ذلك أن الجمع بين مسحوق الجرافيت الناعم وملح كبريتات النحاس (CuSO₄) أدى إلى زيادة الناتج إلى نحو ٣٠٠ فولت، وهو أعلى من المعايير السابقة، نتيجةً للتأثيرات التآزرية التي تعزز كثافة الشحنة السطحية وتُحفّز تكوين الطور β. تُظهر هذه النتائج أن التحسين الدقيق لتكوين المواد المالئة المزدوجة يمكن أن يُحسّن أداء التأثير الكهرو الاحتكاكي بشكلٍ ملحوظ، وتُعَدّ الأجهزة الناتجة واعدةً لتشغيل الإلكترونيات القابلة للارتداء والأجهزة الطبية ذاتية التشغيل والمنسوجات الذكية، بينما سيركّز العمل المستقبلي على تحسين تركيبات الإضافات وتقنيات التصنيع لزيادة كفاءة تحويل الطاقة.

English Abstract

Triboelectric nanogenerators (TENGs) are emerging as lightweight, flexible, and scalable solutions for biomechanical energy harvesting. This study explores performance enhancements in electrospun PVDF-HFP nanofiber-based TENGs through the incorporation of various fillers and salts. While prior work has examined single fillers in polymer matrices, the use of dual fillers remains largely unexplored in TENG applications. Here, a biomass-derived jute carbon filler yielded peak outputs of ~200 V, offering a sustainable, low-cost alternative. More notably, combining graphite fine powder with CuSO₄ increased output to ~300 V, higher than prior benchmarks due to synergistic effects that enhance surface charge density and β-phase formation. These results show that triboelectric performance can be enhanced greatly by optimization of dual-filler composition. The resulting devices have prospects of smart wearable electronics, self-sustained medical devices and smart textiles. Future development will be aimed at improving additive combinations and methods of fabrication to enhance the efficiency of energy conversion even further.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Research Mechanical
Department:	College of Chemicals and Materials > Materials Science and Engineering
Committee Advisor:	Baroud, Turki
Committee Members:	Alam, Fahad and Mahnashi, Yaqub
Depositing User:	ASMA AKTER (g202315270)
Date Deposited:	23 Dec 2025 07:23
Last Modified:	23 Dec 2025 07:23
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143806