Nanogenerator
نینو جنریٹر ایک چھوٹا آلہ ہے جو مکینیکل یا تھرمل توانائی کو بجلی میں تبدیل کرتا ہے۔ یہ توانائی کی کٹائی کا ایک آلہ ہے جہاں بیرونی ذرائع سے حاصل ہونے والی توانائی (مثال کے طور پر شمسی توانائی، تھرمل توانائی، ہوا کی توانائی، نمکیات کے میلان اور حرکی توانائی)، جسے ماحول کی توانائی بھی کہا جاتا ہے، کو چھوٹے، وائرلیس خود مختار آلات جیسے پہننے کے قابل الیکٹرانکس، حالت کی نگرانی، اور وائرلیس سینسر نیٹ ورک میں استعمال ہونے والے آلات کے استعمال کے لیے بجلی میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ توانائی کی کٹائی کرنے والے عام طور پر کم توانائی والے الیکٹرانکس کے لیے بہت کم مقدار میں بجلی فراہم کرتے ہیں۔ جبکہ کچھ بڑے پیمانے پر توانائی کی پیداوار کے لیے ان پٹ ایندھن وسائل (تیل، کوئلہ وغیرہ) کی لاگت کرتا ہے۔ )، توانائی کی کٹائی کرنے والوں کے لیے توانائی کا ذریعہ ایک وسیع پس منظر کے طور پر موجود ہے۔ مثال کے طور پر، دہن انجن کے عمل سے درجہ حرارت کے میلان موجود ہوتے ہیں، اور شہری علاقوں میں، ریڈیو اور ٹیلی ویژن کی نشریات کی وجہ سے ماحول میں برقی مقناطیسی توانائی کی ایک بڑی مقدار ہوتی ہے، اور چلنے کے دوران کمپن سے توانائی حاصل کی جا سکتی ہے۔ نینو جنریٹرز کی تین کلاسیں ہیں: پیزو الیکٹرک، ٹرائیو الیکٹرک، یہ دونوں میکانی توانائی کو بجلی میں تبدیل کرتے ہیں، اور پائرو الیکٹرک نینو جنریٹر، جو حرارت کی توانائی کو بجلی میں تبدیل کرتے ہیں۔ پیزو الیکٹرک نینو جنریٹر ایک توانائی جمع کرنے والا آلہ ہے جو نینو ساختہ پیزو الیکٹرک مواد کے ذریعے عمل کے ذریعے بیرونی حرکی توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ یہ عام طور پر نینو اسکیلڈ پیزو الیکٹرک مواد کا استعمال کرتے ہوئے حرکی توانائی کی کٹائی کے آلات کی نشاندہی کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے، جیسے پتلی فلم بلک صوتی ریزونیٹرز میں۔ میکانزم نینو جنریٹر کے کام کرنے کے اصول کی وضاحت دو مختلف صورتوں میں کی جائے گی: نینو وائر کے محور پر عمودی اور متوازی قوت۔ پہلے کیس کے لیے کام کرنے کے اصول کی وضاحت عمودی طور پر اگائے گئے نانووائر کے ذریعے کی جاتی ہے جس کی نوک طرف حرکت کرتی ہے۔ جب ایک پیزو الیکٹرک ڈھانچہ حرکت پذیر نوک کی بیرونی قوت کے تابع ہوتا ہے، تو پورے ڈھانچے میں اخترتی واقع ہوتی ہے۔ پیزو الیکٹرک اثر نینو اسٹرکچر کے اندر ایک برقی میدان پیدا کرے گا۔ مثبت تناؤ کے ساتھ پھیلا ہوا حصہ مثبت برقی صلاحیت کا مظاہرہ کرے گا، جبکہ منفی تناؤ کے ساتھ کمپریسڈ حصہ منفی برقی صلاحیت کا مظاہرہ کرے گا۔ یہ ان کی کرسٹل ساخت میں آئنوں کے حوالے سے کیٹیشن کی نسبتا نقل مکانی کی وجہ سے ہے۔ نتیجے کے طور پر، نانووائر کی نوک کی سطح پر برقی صلاحیت کی تقسیم ہوگی، جبکہ نانووائر کے نچلے حصے کو غیر جانبدار کیا جاتا ہے کیونکہ یہ گراؤنڈ ہوتا ہے۔ نانووائر میں پیدا ہونے والے زیادہ سے زیادہ وولٹیج کا حساب درج ذیل مساوات کا استعمال کرتے ہوئے کیا جا سکتا ہے: جہاں κ0 خلا میں اجازت نامہ ہے، κ ڈائی الیکٹرک مستقل ہے، e33، e15، اور e31 پیزو الیکٹرک گتانک ہیں، ν پوئسون تناسب ہے، a نانووائر کا رداس ہے، l نانووائر کی لمبائی ہے، اور νmax نانووائر کی نوک کا زیادہ سے زیادہ انحراف ہے۔ ٹپ کی سطح پر چارج کو پمپ کرنے میں برقی رابطہ اہم کردار ادا کرتا ہے۔ شٹکی رابطہ کاؤنٹر الیکٹروڈ اور نانووائر کی نوک کے درمیان بننا چاہیے کیونکہ اوہمک رابطہ نوک پر پیدا ہونے والے برقی میدان کو بے اثر کر دے گا۔ ایک موثر شاٹکی رابطہ بنانے کے لیے، الیکٹران وابستگی (Ea) کو کاؤنٹر الیکٹروڈ کی تشکیل کرنے والی دھات کے ورک فنکشن (φ) سے چھوٹا ہونا چاہیے۔ 4. 5 eV کے الیکٹران وابستگی کے ساتھ ZnO نانووائر کے معاملے میں، Pt (φ = 6.1 eV) شاٹکی رابطہ کی تعمیر کے لیے ایک موزوں دھات ہے۔ شٹکی رابطہ کی تعمیر سے، الیکٹران ٹپ کی سطح سے کاؤنٹر الیکٹروڈ کی طرف گزر جائیں گے جب کاؤنٹر الیکٹروڈ منفی صلاحیت کے علاقوں کے ساتھ رابطے میں ہو، جبکہ جب یہ مثبت صلاحیت کے علاقوں کے ساتھ رابطے میں ہو تو کوئی کرنٹ پیدا نہیں ہوگا، این قسم کے سیمی کنڈکٹو نینو اسٹرکچر کی صورت میں (پی قسم کا سیمی کنڈکٹو ڈھانچہ الٹا رجحان ظاہر کرے گا کیونکہ اس صورت میں سوراخ متحرک ہے)۔ دوسرے معاملے کے لیے، عمودی طور پر اگائے گئے نانووائر کے ساتھ ایک ماڈل پر غور کیا جاتا ہے جو اس کے نچلے حصے میں اوہمک رابطے اور اس کے اوپری حصے میں شٹکی رابطے کے درمیان ڈھیر ہو۔ جب نینو تار کی نوک کی طرف قوت لگائی جاتی ہے تو نینو تار میں یک جہتی کمپریسیو قوت پیدا ہوتی ہے۔ پیزو الیکٹرک اثر کی وجہ سے، نانووائر کی نوک میں منفی پیزو الیکٹرک صلاحیت ہوگی، جس سے نوک پر فرمی کی سطح میں اضافہ ہوگا۔ چونکہ الیکٹران پھر بیرونی سرکٹ کے ذریعے نوک سے نیچے کی طرف بہہ جائیں گے، اس لیے نوک پر مثبت برقی صلاحیت پیدا ہوگی۔ شٹکی رابطہ الیکٹرانوں کو انٹرفیس کے ذریعے منتقل ہونے سے روک دے گا، اس لیے نوک پر صلاحیت کو برقرار رکھے گا۔ جیسے ہی قوت کو ہٹا دیا جاتا ہے، پیزو الیکٹرک اثر کم ہو جاتا ہے، اور سرے پر مثبت صلاحیت کو بے اثر کرنے کے لیے الیکٹران واپس اوپر کی طرف بہہ رہے ہوں گے۔ دوسرا کیس ایک متبادل موجودہ آؤٹ پٹ سگنل پیدا کرے گا۔ جیومیٹریکل ترتیب پیزو الیکٹرک نینو اسٹرکچر کی ترتیب پر منحصر ہے، نینو جنریٹر کو 3 اقسام میں درجہ بند کیا جا سکتا ہے: ونگ، لنگ، اور این ای جی۔ پھر بھی، ایک ایسی ترتیب ہے جو مذکورہ بالا زمروں میں نہیں آتی ہے، جیسا کہ دوسری اقسام میں بیان کیا گیا ہے۔ عمودی نانووائر انٹیگریٹڈ نانوجینریٹر (وی آئی این جی)۔ ونگ ایک سہ جہتی ترتیب ہے جو 3 تہوں کے اسٹیک پر مشتمل ہے، جو بیس الیکٹروڈ، عمودی طور پر اگائے گئے پیزو الیکٹرک نینو اسٹرکچر، اور کاؤنٹر الیکٹروڈ ہیں۔ پیزو الیکٹرک نینو اسٹرکچر عام طور پر بیس الیکٹروڈ پر اگایا جاتا ہے، جسے پھر اس کی نوک کے ساتھ مکمل یا جزوی مکینیکل رابطے میں کاؤنٹر الیکٹروڈ کے ساتھ مربوط کیا جاتا ہے۔ پہلا ونگ 2007 میں ایک کاؤنٹر الیکٹروڈ کے ساتھ تھا جس میں وقتا فوقتا سطح کی گریٹنگ اے ایف ایم ٹپ کی صفوں سے ملتی جلتی حرکت پذیر الیکٹروڈ کے طور پر تھی۔ چونکہ کاؤنٹر الیکٹروڈ پیزو الیکٹرک نانووائر کے نکات کے ساتھ مکمل رابطے میں نہیں ہوتا ہے، اس لیے بیرونی کمپن کی وجہ سے اس کی سطح کے اندر یا سطح سے باہر حرکت پیزو الیکٹرک نانو اسٹرکچر کی اخترتی کو جنم دیتی ہے، جس کی وجہ سے ہر انفرادی نانووائر کے اندر برقی صلاحیت کی تقسیم پیدا ہوتی ہے۔ کاؤنٹر الیکٹروڈ دھات کے ساتھ لیپت کیا جاتا ہے، جس سے نانووائر کی نوک کے ساتھ ایک سکاٹکی رابطہ بنتا ہے، جہاں پیزو الیکٹرک نانووائر کا صرف کمپریسڈ حصہ جمع الیکٹرانوں کو اس کی نوک اور کاؤنٹر الیکٹروڈ کے درمیان رکاوٹ سے گزرنے کی اجازت دیتا ہے، این-ٹائپ نانووائر کے معاملے میں۔ اس ترتیب کی سوئچ آن اور آف خصوصیت بیرونی ریکٹیفائر کی ضرورت کے بغیر براہ راست کرنٹ پیدا کرنے کی صلاحیت کو ظاہر کرتی ہے۔ جزوی رابطے کے ساتھ ونگ میں، کاؤنٹر الیکٹروڈ کی جیومیٹری ایک اہم کردار ادا کرتی ہے۔ فلیٹ کاؤنٹر الیکٹروڈ پیزو الیکٹرک نینو اسٹرکچرز کی کافی اخترتی کو جنم نہیں دے گا، خاص طور پر جب کاؤنٹر الیکٹروڈ ان-پلین موڈ میں حرکت کرتا ہے۔ اے ایف ایم ٹپس کی صف سے مشابہت رکھنے والی بنیادی جیومیٹری کے بعد، کاؤنٹر الیکٹروڈ کی آسان ترقی کے لیے کچھ دیگر طریقوں پر عمل کیا گیا ہے۔ پروفیسر ژونگ لن وانگ کے گروپ نے زیڈ این او نینوروڈز پر مشتمل کاؤنٹر الیکٹروڈ تیار کیے ہیں، جس میں زیڈ این او نینو وائر صفوں کی ترکیب کے لیے استعمال ہونے والی اسی طرح کی تکنیک کا استعمال کیا گیا ہے۔ سنگکینکوان یونیورسٹی (ایس کے کے یو) میں پروفیسر سانگ وو کم کے گروپ اور جنوبی کوریا میں سیمسنگ ایڈوانسڈ انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی (ایس اے آئی ٹی) میں ڈاکٹر جے ینگ چوئی کے گروپ نے انوڈائزڈ ایلومینیم اور الیکٹروپلٹنگ ٹیکنالوجی کو ملا کر کٹورا کی شکل کا شفاف کاؤنٹر الیکٹروڈ متعارف کرایا۔ انہوں نے لچکدار سبسٹریٹ پر نیٹ ورکڈ سنگل والڈ کاربن نانوٹیوب (ایس ڈبلیو این ٹی) کا استعمال کرتے ہوئے دوسری قسم کا کاؤنٹر الیکٹروڈ بھی تیار کیا ہے، جو نہ صرف توانائی کی تبدیلی کے لیے موثر ہے بلکہ شفاف بھی ہے۔ دوسری قسم کی ونگ بھی تجویز کی گئی ہے۔ اگرچہ یہ مذکورہ بالا کی طرح ہی ہندسی ترتیب کا اشتراک کرتا ہے، اس طرح کے ونگ میں نانووائر اور کاؤنٹر الیکٹروڈ کے نکات کے درمیان مکمل مکینیکل رابطہ ہوتا ہے۔ لیٹرل نینو وائر انٹیگریٹڈ نینو جنریٹر (LNG)۔ ایل آئی این جی ایک دو جہتی ترتیب ہے جو تین حصوں پر مشتمل ہے: بیس الیکٹروڈ، پس منظر میں اگائے گئے پیزو الیکٹرک نینو اسٹرکچر، اور شٹکی رابطے کے لیے دھاتی الیکٹروڈ۔ زیادہ تر معاملات میں، سبسٹریٹ فلم کی موٹائی پیزو الیکٹرک نینو اسٹرکچر کے قطر سے بہت زیادہ موٹی ہوتی ہے، لہذا انفرادی نینو اسٹرکچر خالص تناؤ کا شکار ہوتا ہے۔ ایل آئی این جی سنگل تار جنریٹر (ایس ڈبلیو جی) کی توسیع ہے، جہاں لچکدار سبسٹریٹ پر لیٹرلی ایلائنڈ نینو وائر کو مربوط کیا جاتا ہے۔ LNG ایک AC برقی سگنل پیدا کرتا ہے۔ آؤٹ پٹ وولٹیج میں اضافہ ہوا، جس کے نتیجے میں سنگل سبسٹریٹ پر سیریز میں منسلک ایل آئی این جی کی ایک صف پیدا ہوئی، جس سے آؤٹ پٹ وولٹیج میں تعمیری اضافہ ہوا۔ اس طرح کی ترتیب بڑے پیمانے پر بجلی کی صفائی کے لیے ایل آئی این جی کے عملی استعمال کا باعث بن سکتی ہے، مثال کے طور پر ہوا یا سمندری لہریں۔ نینو کمپوزٹ الیکٹریکل جنریٹر (این ای جی)۔ "این ای جی" ایک سہ جہتی ترتیب ہے جو تین اہم حصوں پر مشتمل ہے: دھاتی پلیٹ الیکٹروڈ، عمودی طور پر اگائے گئے پیزو الیکٹرک نینو اسٹرکچر، اور پولیمر میٹرکس، جو پیزو الیکٹرک نینو اسٹرکچر کے درمیان بھرتا ہے۔ این ای جی کو مومینی اور دیگر نے متعارف کرایا تھا۔ یہ دکھایا گیا کہ این ای جی میں اصل نینو جنریٹر ترتیب کے مقابلے میں زیادہ کارکردگی ہے، جس میں ایک زیڈ این او نینو وائر کو اے ایف ایم ٹپ سے موڑ دیا جائے گا۔ یہ بھی دکھایا گیا ہے کہ یہ اعلی پائیداری کے ساتھ توانائی کا ذریعہ فراہم کرتا ہے۔ دوسری قسم۔ کپڑے کی طرح ہندسی ترتیب تجویز کی گئی ہے جہاں ایک پیزو الیکٹرک نانووائر کو دو مائیکرو فائبر پر ان کی شعاعی سمت میں عمودی طور پر اگایا جاتا ہے، اور انہیں نینو جنریٹر بنانے کے لیے جوڑا جاتا ہے۔ مائیکرو فائبر میں سے ایک دھات کے ساتھ لیپت کیا جاتا ہے تاکہ شٹکی رابطہ بنایا جا سکے، جو وی آئی این جیز کے لیے کاؤنٹر الیکٹروڈ کے طور پر کام کرتا ہے۔ جیسے جیسے متحرک مائیکرو فائبر کو پھیلایا جاتا ہے، نینو اسٹرکچر کی اخترتی اسٹیشنری مائیکرو فائبر پر ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں وولٹیج پیدا ہوتا ہے۔ اس کا کام کرنے کا اصول جزوی مکینیکل رابطے والے ونگز سے ملتا جلتا ہے، اس طرح ڈی سی الیکٹریکل سگنل پیدا ہوتا ہے۔ مواد نینو جنریٹر کے لیے مطالعہ کیے گئے مختلف پیزو الیکٹرک مواد میں، زیادہ تر تحقیق ورٹزائٹ ڈھانچے والے مواد پر مرکوز ہے، جیسے ZnO، CdS اور GaN۔ انفرادی نانووائر کی پیزو الیکٹرکٹی کو بڑھانے کی کوشش بھی ورٹزائٹ ڈھانچے پر مبنی دیگر پیزو الیکٹرک مواد کی ترقی کا باعث بنی۔ جارجیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی کے پروفیسر ژونگ لن وانگ نے پی قسم کے ZnO نانووائر متعارف کروائے۔ این-ٹائپ سیمی کنڈکٹو نینو اسٹرکچر کے برعکس، پی-ٹائپ میں متحرک ذرہ ایک سوراخ ہے، اس طرح شٹکی کا طرز عمل این-ٹائپ کیس سے الٹ جاتا ہے۔ برقی سگنل نینو اسٹرکچر کے اس حصے سے پیدا ہوتا ہے جہاں سوراخ جمع ہوتے ہیں۔ تجرباتی طور پر یہ ثابت کیا گیا ہے کہ پی-ٹائپ ZnOnanowirese آؤٹ پٹ سگنل پیدا کر سکتا ہے جو کہ n-ٹائپ ZnOnanowirese سے تقریبا 10 گنا زیادہ ہے۔ اس خیال سے کہ پیرووسکائٹ ڈھانچے والے مواد کو ورٹزائٹ ڈھانچے کے مقابلے میں زیادہ موثر پیزو الیکٹرک خصوصیات کے لیے جانا جاتا ہے، بیریوم ٹائٹینٹ (بی اے ٹی آئی او 3) نانووائر کا مطالعہ بھی یونیورسٹی آف الینوائے کے پروفیسر من فینگ یو نے اربانا شیمپین میں کیا ہے۔ آؤٹ پٹ سگنل اسی طرح کے ZnO نانووائر سے 16 گنا زیادہ پایا جاتا ہے۔ یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، برکلے کے پروفیسر لیوئی لن نے مشورہ دیا ہے کہ پی وی ڈی ایف کو نینو جنریٹر بنانے کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ نینو فائبر کو عمل کو کنٹرول کرنے والے سبسٹریٹ پر براہ راست لکھا جا سکتا ہے، اور توقع ہے کہ اس تکنیک کو نینو فائبر پر مبنی خودکار ٹیکسٹائل بنانے کے لیے استعمال کیا جائے گا۔ ایس یو ٹی ڈی کے محققین نے سول جیل کی مدد سے فار فیلڈ الیکٹرو اسپننگ کے عمل کا استعمال کرتے ہوئے الٹرا لانگ پوٹاشیم نیوبیٹ (کے این بی او 3) نینو فائبر کی کامیاب ترکیب پیش کی اور انہیں ہائی آؤٹ پٹ وولٹیج لچکدار نینو جنریٹر تیار کرنے کے لیے استعمال کیا۔ اس بات پر غور کرتے ہوئے کہ پیزو الیکٹرک مستقل پیزو الیکٹرک نینو جنریٹر کی مجموعی کارکردگی میں اہم کردار ادا کرتا ہے، آلہ کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے ایک اور تحقیقی سمت بڑے پیزو الیکٹرک ردعمل کے ساتھ نئے مواد کو تلاش کرنا ہے۔ لیڈ میگنیشیم نیوبیٹ-لیڈ ٹائٹینٹ (پی ایم این-پی ٹی) ایک اگلی نسل کا پیزو الیکٹرک مواد ہے جس میں ایک انتہائی اعلی پیزو الیکٹرک مستقل ہوتا ہے جب مثالی ساخت اور واقفیت حاصل کی جاتی ہے۔ 2012 میں، بہت زیادہ پیزو الیکٹرک مستقل کے ساتھ پی ایم این-پی ٹی نانووائرز کو ہائیڈرو تھرمل نقطہ نظر کے ذریعے تیار کیا گیا اور پھر توانائی کی کٹائی کے آلے میں جمع کیا گیا۔ ریکارڈ اعلی پیزو الیکٹرک مستقل کو سنگل کرسٹل پی ایم این-پی ٹی نینو بیلٹ کی بناوٹ سے مزید بہتر بنایا گیا، جسے پھر پیزو الیکٹرک نینو جنریٹر کے لیے ضروری بلڈنگ بلاک کے طور پر استعمال کیا گیا۔ 2010 تک رپورٹ شدہ مواد کا موازنہ درج ذیل جدول میں دیا گیا ہے۔ ایپلی کیشنز نینو جنریٹرز کے ذریعے توانائی کی کٹائی کا اطلاق کم استعمال شدہ توانائی کے ذرائع جیسے شمسی، ہوا، تھرمل، دباؤ، انسانی طاقت، کمپن وغیرہ پر ہونے کی توقع ہے۔ خودکار نینو/مائیکرو آلات۔ نینو جنریٹرز کے قابل عمل استعمال میں سے ایک نینو/مائیکرو ڈیوائسز کے لیے ایک آزاد یا اضافی توانائی کے ذریعہ کے طور پر ہے جو ایسی حالت میں نسبتا کم توانائی استعمال کرتے ہیں جہاں حرکی توانائی مسلسل فراہم کی جاتی ہے۔ ایک مثال پروفیسر ژونگ لن وانگ کے گروپ نے 2010 میں خود سے چلنے والے پی ایچ یا یو وی سینسر کے ذریعے سینسر پر 20 ~ 40 ایم وی کے آؤٹ پٹ وولٹیج کے ساتھ مربوط ونگ کے ذریعے متعارف کرائی تھی۔ پھر بھی، نینو/مائیکرو آلات کو چلانے کے لیے تبدیل شدہ برقی توانائی نسبتا کم ہے ؛ اس لیے، اس کے استعمال کی حد اب بھی بیٹری کے لیے اضافی توانائی کے ذریعہ کے طور پر محدود ہے۔ نینو جنریٹر کو دیگر قسم کے توانائی کی کٹائی کے آلات، جیسے شمسی خلیات یا بائیو کیمیکل توانائی کی کٹائی کے آلات کے ساتھ ملا کر پیشرفت کی کوشش کی جا رہی ہے۔ توقع کی جاتی ہے کہ اس نقطہ نظر سے ایسی ایپلی کیشنز کے لیے موزوں توانائی کے ذرائع کی ترقی میں مدد ملے گی جہاں آزادانہ آپریشن اہم ہے، جیسے کہ اسمارٹ ڈسٹ۔ سمارٹ پہننے کے قابل نظام پیزو الیکٹرک فائبر کے ساتھ ٹیکسٹائل سے مربوط یا بنایا گیا لباس نینو جنریٹر کے قابل عمل استعمال میں سے ایک ہے۔ انسانی جسم سے آنے والی حرکی توانائی کو پیزو الیکٹرک ریشوں کے ذریعے برقی توانائی میں تبدیل کیا جاتا ہے، اور اس کا اطلاق ممکنہ طور پر پورٹیبل الیکٹرانک آلات جیسے سمارٹ پہننے کے قابل نظاموں سے منسلک صحت کی نگرانی کے نظام کی فراہمی کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ نینو جنریٹر جیسے کہ ونگ کو بھی انسانی جسم کی چلنے کی حرکت کو بروئے کار لاتے ہوئے جوتے میں آسانی سے ضم کیا جا سکتا ہے۔ اسی طرح کی ایک اور درخواست طاقت پیدا کرنے والی مصنوعی جلد ہے۔ پروفیسر ژونگ لن وانگ کے گروپ نے چل رہے ہیمسٹر سے منسلک لچکدار ایس ڈبلیو جی سے 100 ایم وی تک کا اے سی وولٹیج پیدا کرکے امکان ظاہر کیا ہے۔ شفاف اور لچکدار آلات۔ کچھ پیزو الیکٹرک نینو اسٹرکچر مختلف قسم کے سبسٹریٹس پر بنائے جا سکتے ہیں، جیسے کہ لچکدار اور شفاف نامیاتی سبسٹریٹس۔ ایس کے کے یو (پروفیسر سانگ-وو کم کے گروپ) اور ایس اے آئی ٹی (ڈاکٹر جے-ینگ چوئی کے گروپ) کے تحقیقی گروپوں نے ایک شفاف اور لچکدار نینو جنریٹر تیار کیا ہے جسے ممکنہ طور پر خود سے چلنے والے ٹچائل سینسرز کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، اور یہ توقع کی جاتی ہے کہ اس ترقی کو توانائی سے موثر ٹچ اسکرین ڈیوائسز تک بڑھایا جا سکتا ہے۔ ان کی تحقیقی توجہ کو گرافین پرت کے ساتھ انڈیم-ٹن-آکسائیڈ (آئی ٹی او) الیکٹروڈ کو تبدیل کرکے ڈیوائس کی شفافیت اور اس کی لاگت کی تاثیر کو بڑھانے کے لیے بڑھایا جا رہا ہے۔ امپلانٹیبل ٹیلی میٹرک انرجی رسیور۔ ZnO نانووائر پر مبنی نینو جنریٹر کو امپلانٹیبل ڈیوائسز پر لگایا جا سکتا ہے کیونکہ ZnO نہ صرف بائیو مطابقت رکھتا ہے بلکہ نامیاتی سبسٹریٹ پر بھی ترکیب کیا جا سکتا ہے، جس سے نینو جنریٹر مجموعی طور پر بائیو مطابقت رکھتا ہے۔ نینو جنریٹر کے ساتھ مربوط امپلانٹیبل ڈیوائس کو انسانی جسم کے باہر بیرونی الٹراسونک کمپن حاصل کرکے چلایا جا سکتا ہے، جسے پیزو الیکٹرک نینو اسٹرکچر کے ذریعے برقی توانائی میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر جائزہ ایک ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر توانائی جمع کرنے والا آلہ ہے جو ٹرائبو الیکٹرک اثر کا استعمال کرتے ہوئے مکینیکل توانائی کو بجلی میں تبدیل کرتا ہے۔ ان کا پہلی بار 2012 میں جارجیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی میں پروفیسر ژونگ لن وانگ کے گروپ میں مظاہرہ کیا گیا تھا۔ پوٹینشل کو متوازن کرنے کے لیے دو پتلی نامیاتی یا غیر نامیاتی فلموں کے درمیان چارج کی منتقلی اور فلم کے پچھلے اطراف سے منسلک دو الیکٹروڈ کے درمیان الیکٹران کے بہاؤ سے پوٹینشل پیدا ہوتا ہے۔ جنوری 2012 میں ٹی ای این جی کی پہلی رپورٹ کے بعد سے، ٹی ای این جی کی آؤٹ پٹ پاور کثافت میں بہتری آئی ہے، جو 313 ڈبلیو/ایم 2 تک پہنچ گئی ہے، حجم کی کثافت 490 کلو واٹ/ایم 3 تک پہنچ گئی ہے، اور ~60%-72% کی تبدیلی کی استعداد کا مظاہرہ کیا گیا ہے۔ اس نئی توانائی کی ٹیکنالوجی کے بہت سے دوسرے فوائد بھی ہیں، جیسے کہ مینوفیکچرنگ اور من گھڑت سازی میں کم لاگت، مضبوطی اور وشوسنییتا، اور ماحولیاتی دوستی۔ ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر کو ہر قسم کی مکینیکل توانائی حاصل کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جیسے انسانی حرکت، چلنا، کمپن، مکینیکل ٹرگرنگ، گھومنے والے ٹائر، ہوا، بہتا ہوا پانی، اور بہت کچھ۔ کلیمسن یونیورسٹی میں رام کرشن پوڈیلا کے گروپ نے پہلے حقیقی طور پر وائرلیس ٹرائیو الیکٹرک نینو جنریٹرز کا مظاہرہ کیا، جو توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات (مثال کے طور پر، بیٹریاں اور کیپسیٹرز) کو کسی بیرونی امپلیفکیشن یا بوسٹر کی ضرورت کے بغیر چارج کرنے کے قابل تھے۔ ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر میں آپریشن کے تین بنیادی طریقے ہوتے ہیں: عمودی رابطہ-علیحدگی موڈ، جہاز میں سلائڈنگ موڈ، اور سنگل الیکٹروڈ موڈ۔ ان کی مختلف خصوصیات ہیں اور مختلف ایپلی کیشنز کے لیے موزوں ہیں۔ بنیادی طریقے اور میکانزم عمودی رابطہ-علیحدگی کا طریقہ ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر کے کام کرنے والے طریقہ کار کو دو چادروں کی اندرونی سطحوں پر مخالف ٹرائبو الیکٹرک چارجز کے سائیکل شدہ علیحدگی اور دوبارہ رابطے سے پیدا ہونے والے ممکنہ فرق کی وقتا فوقتا تبدیلی کے طور پر بیان کیا جا سکتا ہے۔ جب آلہ کو موڑنے یا دبانے کے لیے اس پر مکینیکل تحریک لگائی جاتی ہے، تو دونوں چادروں کی اندرونی سطحیں قریبی رابطے میں آ جائیں گی، اور چارج کی منتقلی شروع ہو جائے گی، جس سے سطح کے ایک طرف مثبت چارجز اور دوسرے طرف منفی چارجز رہ جائیں گے۔ جب اخترتی چھوڑی جاتی ہے، تو مخالف چارج والی دو سطحیں خود بخود الگ ہو جائیں گی، تاکہ یہ مخالف ٹرائبو الیکٹرک چارج برقی میدان پیدا کریں اور اوپر اور نیچے کے الیکٹروڈ میں ممکنہ فرق پیدا کریں۔ اس ممکنہ فرق کو اسکرین کرنے کے لیے، الیکٹران بیرونی بوجھ کے ذریعے ایک الیکٹروڈ سے دوسرے میں بہہ جائیں گے۔ اس عمل میں پیدا ہونے والی بجلی اس وقت تک جاری رہے گی جب تک کہ دونوں الیکٹروڈ کی صلاحیت ایک جیسی نہ ہو۔ اس کے بعد، جب دونوں شیٹس کو دوبارہ ایک دوسرے کی طرف دبایا جاتا ہے، تو ٹرائبو الیکٹرک چارج سے پیدا ہونے والا ممکنہ فرق صفر تک کم ہونا شروع ہو جائے گا، تاکہ منتقل شدہ چارجز بیرونی بوجھ کے ذریعے واپس بہہ کر مخالف سمت میں ایک اور کرنٹ پلس پیدا کریں۔ جب یہ وقتا فوقتا مکینیکل بگاڑ رہتا ہے، تو متبادل کرنٹ (اے سی) سگنلز مسلسل پیدا ہوتے رہیں گے۔ جہاں تک مواد کے جوڑے کے رابطے میں آنے اور ٹرائبو الیکٹرک چارجز پیدا کرنے کا تعلق ہے، ان میں سے کم از کم ایک انسولیٹر ہونا ضروری ہے تاکہ ٹرائبو الیکٹرک چارجز کو دور نہ کیا جا سکے بلکہ شیٹ کی اندرونی سطح پر رہے۔ پھر، یہ غیر متحرک ٹرائبو الیکٹرک چارجز وقتا فوقتا فاصلے کی تبدیلی کے تحت بیرونی بوجھ میں AC بجلی کے بہاؤ کو متحرک کر سکتے ہیں۔ لیٹرل سلائیڈنگ موڈ رگڑ کے دو بنیادی عمل ہیں: نارمل کانٹیکٹ اور لیٹرل سلائیڈنگ۔ ایک ٹی ای این جی کو پس منظر کی سمت میں دونوں سطحوں کے درمیان جہاز میں پھسلنے کی بنیاد پر ڈیزائن کیا گیا ہے۔ سلائڈنگ سے ٹرائبو الیکٹرکائزیشن کے ساتھ، دو سطحوں کے درمیان رابطے کے علاقے میں وقتا فوقتا تبدیلی چارج مراکز کی پس منظر کی علیحدگی کا باعث بنتی ہے، جس سے بیرونی بوجھ میں الیکٹرانوں کے بہاؤ کو چلانے والا وولٹیج پیدا ہوتا ہے۔ ناپی گئی سالن کا تعین اس شرح سے ہوتا ہے جس پر دونوں پلیٹیں الگ ہو رہی ہیں۔ اس کے بعد، جب اوپری پلیٹ کو پیچھے کی طرف سلائیڈ کرنے کے لیے واپس کیا جاتا ہے، تو الگ کیے گئے چارجز دوبارہ رابطے میں آنا شروع ہو جاتے ہیں، لیکن پولیمر مواد کی موصلیت کی نوعیت کی وجہ سے کوئی تباہی نہیں ہوتی ہے۔ الیکٹروڈ پر بے کار منتقل شدہ چارجز الیکٹروسٹیٹک توازن کو برقرار رکھنے کے لیے رابطے کے علاقے میں اضافے کے ساتھ بیرونی بوجھ کے ذریعے واپس بہہ جائیں گے۔ یہ سلائڈنگ کے دوسرے نصف سائیکل کے ساتھ ساتھ نچلے الیکٹروڈ سے اوپری الیکٹروڈ تک موجودہ بہاؤ میں معاون ثابت ہوگا۔ ایک بار جب دونوں پلیٹیں اوور لیپنگ پوزیشن پر پہنچ جاتی ہیں، تو چارج شدہ سطحیں دوبارہ مکمل رابطے میں آ جاتی ہیں۔ الیکٹروڈ پر کوئی منتقل شدہ چارجز باقی نہیں رہیں گے، اور آلہ پہلی حالت میں واپس آ جائے گا۔ اس پورے چکر میں، باہر کی طرف اور اندر کی طرف پھسلنے کے عمل ہم آہنگ ہوتے ہیں، اس لیے ہم آہنگ متبادل کرنٹ چوٹیوں کی ایک جوڑی کی توقع کی جانی چاہیے۔ جہاز میں چارج کی علیحدگی کا طریقہ کار دو پلیٹوں کے درمیان یا گردش کے موڈ میں یا تو ایک سمت میں سلائڈنگ میں کام کر سکتا ہے۔ سلائڈنگ موڈ میں، سلائڈنگ سطحوں پر لکیری گریٹنگ یا سرکلر سیگمنٹشن متعارف کرانا توانائی کی کٹائی کا ایک انتہائی موثر ذریعہ ہے۔ اس طرح کے ڈھانچوں کے ساتھ، دو نمونوں والی ٹرائبو الیکٹرک سطحیں ٹی ای این جی کی پوری لمبائی کے بجائے صرف ایک گریٹنگ یونٹ کی لمبائی کی نقل مکانی کے ذریعے مکمل طور پر مماثل پوزیشن حاصل کر سکتی ہیں، جس سے محرک چارج کی نقل و حمل کی کارکردگی میں ڈرامائی طور پر اضافہ ہوتا ہے۔ سنگل الیکٹروڈ موڈ ایک واحد الیکٹروڈ پر مبنی ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر کو کچھ ایپلی کیشنز کے لیے زیادہ عملی اور قابل عمل ڈیزائن کے طور پر متعارف کرایا گیا ہے، جیسے انگلی کی نوک پر چلنے والے ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر۔ سنگل الیکٹروڈ ٹی ای این جی کے کام کرنے کے اصول کو شکل میں کانٹیکٹ الیکٹریفکیشن اور الیکٹروسٹیٹک انڈکشن کے جوڑے سے دکھایا گیا ہے۔ اصل پوزیشن میں، جلد اور پی ڈی ایم ایس کی سطحیں مکمل طور پر ایک دوسرے سے رابطہ کرتی ہیں، جس کے نتیجے میں ان کے درمیان چارج کی منتقلی ہوتی ہے۔ ٹرائبو الیکٹرک سیریز کے مطابق، الیکٹرانوں کو جلد سے پی ڈی ایم ایس میں انجکشن کیا جاتا تھا کیونکہ پی ڈی ایم ایس جلد کے مقابلے میں ٹرائبو الیکٹرک طور پر زیادہ منفی ہوتا ہے، جو کہ رابطہ برقی کاری کا عمل ہے۔ مخالف پولرٹیز کے ساتھ پیدا ہونے والے ٹرائیو الیکٹرک چارجز مکمل طور پر متوازن یا اسکرینڈ ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے بیرونی سرکٹ میں الیکٹران کا بہاؤ نہیں ہوتا ہے۔ ایک بار جب پی ڈی ایم ایس اور جلد کے درمیان رشتہ دار علیحدگی ہو جاتی ہے، تو ان ٹرائبو الیکٹرک چارجز کی تلافی نہیں کی جا سکتی۔ پی ڈی ایم ایس کی سطح پر منفی چارجز آئی ٹی او الیکٹروڈ پر مثبت چارجز کو جنم دے سکتے ہیں، جس سے آزاد الیکٹران آئی ٹی او الیکٹروڈ سے زمین پر بہہ سکتے ہیں۔ یہ الیکٹروسٹیٹک انڈکشن عمل آؤٹ پٹ وولٹیج یا کرنٹ سگنل دے سکتا ہے اگر چھونے والی جلد اور نیچے پی ڈی ایم ایس کے درمیان فاصلہ پی ڈی ایم ایس فلم کے سائز سے قابل تعریف موازنہ ہو۔ جب پی ڈی ایم ایس پر منفی ٹرائبو الیکٹرک چارجز کو پی ڈی ایم ایس اور جلد کے درمیان علیحدگی کے فاصلے کو بڑھا کر آئی ٹی او الیکٹروڈ پر پیدا ہونے والے مثبت چارجز سے مکمل طور پر اسکرین کیا جاتا ہے، تو کوئی آؤٹ پٹ سگنل نہیں دیکھا جا سکتا، جیسا کہ مثال کے طور پر دکھایا گیا ہے۔ مزید برآں، جب جلد کو پی ڈی ایم ایس تک پہنچنے کے لیے واپس لایا جاتا ہے، تو آئی ٹی او الیکٹروڈ پر محرک مثبت چارج کم ہو جاتے ہیں، اور الیکٹران زمین سے آئی ٹی او الیکٹروڈ کی طرف اس وقت تک بہتے رہیں گے جب تک کہ جلد اور پی ڈی ایم ایس مکمل طور پر ایک دوسرے سے دوبارہ رابطہ نہ کر لیں، جس کے نتیجے میں الٹا آؤٹ پٹ وولٹیج/کرنٹ سگنل آتا ہے۔ ایپلی کیشنز ٹی ای این جی ٹرائبو الیکٹریفکیشن (اندرونی سرکٹ میں) اور الیکٹروسٹیٹک انڈکشن کے عمل (بیرونی سرکٹ میں) کے ذریعے مکینیکل تحریک کو برقی سگنل میں تبدیل کرنے کا ایک جسمانی عمل ہے۔ اس بنیادی عمل کا مظاہرہ دو بڑی ایپلی کیشنز کے لیے کیا گیا ہے۔ پہلا استعمال توانائی کی کٹائی ہے، جس میں میکانی توانائی کی کٹائی کا خاص فائدہ ہے۔ دوسری ایپلی کیشن خود سے چلنے والے فعال سینسر کے طور پر کام کرنا ہے کیونکہ اسے چلانے کے لیے بیرونی طاقت کے ذریعہ کی ضرورت نہیں ہے۔ کمپن توانائی کی کٹائی کمپن توانائی کی کٹائی موبائل الیکٹرانکس کو طاقت دینے کے لیے مفید ہے، خاص طور پر تکمیلی متوازن توانائی کی کٹائی کی تکنیکوں کے ساتھ مل کر۔ کمپن توانائی کی کٹائی کے لیے ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹرز کے بنیادی اصولوں پر مبنی مختلف ٹیکنالوجیز کا مظاہرہ کیا گیا ہے۔ ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر کے اس استعمال کا مندرجہ ذیل پہلوؤں میں مظاہرہ کیا گیا ہے۔ کینٹیلیور پر مبنی تکنیک مکینیکل توانائی کی کٹائی کے لیے ایک کلاسیکی نقطہ نظر ہے، خاص طور پر ایم ای ایم ایس کے لیے۔ کمپن کے دوران اوپر اور نیچے کی سطحوں کے ساتھ کینٹیلیور کی رابطے کی سطح کو ڈیزائن کرکے، رابطہ علیحدگی موڈ کی بنیاد پر ماحول کی کمپن توانائی کو حاصل کرنے کے لیے ٹی ای این جی کا مظاہرہ کیا گیا ہے۔ 2. بیک پیک سے توانائی حاصل کرنے کے لیے، ہم نے مربوط رومبک گرڈنگ کے ساتھ عقلی طور پر ڈیزائن کردہ ٹی ای این جی کا مظاہرہ کیا، جس نے متوازی طور پر جڑے ساختی طور پر ضرب شدہ یونٹ خلیوں کی وجہ سے کل موجودہ پیداوار کو بہت بہتر بنایا۔ 3. چار معاون چشموں کے استعمال کے ساتھ، ایک ہارمونک ریزونیٹر پر مبنی ٹی ای این جی کو دو ٹرائبو الیکٹرک مواد کے درمیان گونج سے متاثر رابطے کی علیحدگی کی بنیاد پر تیار کیا گیا ہے، جسے آٹوموبائل، سوفی اور میز سے کمپن توانائی حاصل کرنے کے لیے استعمال کیا گیا ہے۔ 4. حال ہی میں، ایک سہ جہتی ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر (3 ڈی-ٹی ای این جی) کو عمودی رابطہ-علیحدگی موڈ اور ان-پلین سلائڈنگ موڈ کے درمیان امتزاج کے ہائبرڈائزیشن موڈ کی بنیاد پر ڈیزائن کیا گیا ہے۔ 36 اختراعی ڈیزائن وسیع بینڈوڈتھ پر متعدد سمتوں میں بے ترتیب کمپن توانائی کو حاصل کرنے میں سہولت فراہم کرتا ہے۔ 3-ڈی ٹی ای این جی کو روزمرہ کی زندگی میں مختلف حالات کے تحت، خاص طور پر کم تعدد پر، ماحول کی کمپن توانائی کو حاصل کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے، اس طرح ماحولیاتی اور بنیادی ڈھانچے کی نگرانی، پورٹیبل الیکٹرانکس کو چارج کرنے اور چیزوں کے انٹرنیٹ میں ٹی ای این جی کے استعمال کو کھولتا ہے۔ ماحولیاتی توانائی کی کٹائی ایک ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر ایک مثالی توانائی کی کٹائی کرنے والا ہے جو ماحول سے متنوع مکینیکل توانائیاں، خاص طور پر ہوا اور پانی کی لہروں جیسی کم تعدد والی مکینیکل توانائیاں جمع کر سکتا ہے۔ 2013 میں، ژونگلن وانگ کے گروپ نے ہوا کی توانائی کی کٹائی کے لیے ایک روٹری ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر کی اطلاع دی۔ اس کے بعد، وسیع توانائی کی کٹائی کے لیے مختلف قسم کے ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر تجویز کیے گئے ہیں، جیسے لہر توانائی کو جمع کرنے کے لیے تھری ڈی سرپل ڈھانچہ ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر، پانی اور سخت ماحول میں مکمل طور پر منسلک ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر اور پن بجلی کی کٹائی کے لیے ملٹی لیئرڈ ڈسک نینو جنریٹر۔ تاہم، نینو جنریٹر کے کام کرنے والے ماڈلز کی حدود کی وجہ سے، ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر کی تہوں کے درمیان پیدا ہونے والا رگڑ لامحالہ توانائی کی تبدیلی کی کارکردگی اور آلہ کے استحکام کو کم کر دے گا۔ یہ عیب ماحولیاتی توانائی جمع کرنے کے میدان میں رگڑ نینو جنریٹرز کے مزید استعمال میں رکاوٹ پیدا کرتا ہے۔ ژونگلن وانگ کے گروپ نے "رگڑ" کے مسئلے پر قابو پانے کے لیے فریکشن لیس الیکٹروسٹیٹک انڈکشن نینو جنریٹر سرکولیشن نیٹ ورک بنانے کی کوشش کی۔ ان کے ٹیسٹوں میں، اس فریکشن لیس الیکٹروسٹیٹک انڈکشن نینو جنریٹر نے اعلی توانائی کو تبدیل کرنے کی کارکردگی اور بہترین استحکام کا مظاہرہ کیا۔ اس طرح کے فریکشن لیس نینو جنریٹرز پر مشتمل سرکولیشن نیٹ ورک کو پانی کی لہر کی توانائی حاصل کرنے اور کچھ وائرلیس آلات کو مسلسل توانائی فراہم کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، بوند کی توانائی کی کٹائی کے لیے استعمال ہونے والے کچھ نئے نینو جنریٹرز کی اطلاع ملی۔ محققین نے ہر موسم کی بوند پر مبنی ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر تیار کیا، جو بجلی پیدا کرنے کے لیے مائع اور ٹھوس کے درمیان رابطے کے برقی اثر پر انحصار کرتا ہے۔ اس مائع ٹھوس ماڈل کا فائدہ یہ ہے کہ یہ مؤثر طریقے سے نینو جنریٹرز کے پہننے سے بچتا ہے۔ یونلانگ زی کے گروپ نے ایک ہائبرڈ سیل کی اطلاع دی جس میں سلکان سولر سیل کو پانی کے قطرے کی کٹائی کرنے والے ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر کے ساتھ ملایا گیا ہے۔ اس ہائبرڈ سیل میں شمسی اور بارش کے قطرے دونوں کی توانائیاں حاصل کرنے کی صلاحیت تھی۔ انسانی جسم کی حرکت سے توانائی حاصل کرنا چونکہ لوگوں کی روزمرہ کی زندگیوں میں انسانی جسموں پر وافر مقدار میں مکینیکل توانائی پیدا ہوتی ہے، اس لیے ہم پورٹیبل الیکٹرانکس اور بائیو میڈیکل ایپلی کیشنز کو چارج کرنے کے لیے مکینیکل توانائی کی اس مقدار کو بجلی میں تبدیل کرنے کے لیے ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر کا استعمال کر سکتے ہیں۔ اس سے لوگوں کی زندگیوں کی سہولت میں بہت بہتری آئے گی اور پرسنل الیکٹرانکس کے استعمال میں توسیع ہوگی۔ بلٹ ان لچکدار ملٹی لیئرڈ ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹرز کے ساتھ ایک پیکیجڈ پاور جنریٹنگ انسول کا مظاہرہ کیا گیا ہے، جو عام چہل قدمی کے دوران مکینیکل دباؤ کی کٹائی کو قابل بناتا ہے۔ یہاں استعمال ہونے والا ٹی ای این جی کانٹیکٹ سیپرشن موڈ پر انحصار کرتا ہے اور انسول کے وقتا فوقتا کمپریشن کا جواب دینے میں موثر ہے۔ انسول کو براہ راست بجلی کے ذریعہ کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، ہم نے ایک مکمل طور پر پیک شدہ سیلف لائٹنگ جوتا تیار کیا جس میں ڈسپلے اور تفریحی مقاصد کے لیے وسیع ایپلی کیشنز ہیں۔ جسم کی حرکت سے توانائی حاصل کرنے کے لیے قمیض کی اندرونی پرت سے ٹگ لگایا جا سکتا ہے۔ عام چلنے کے تحت، زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ وولٹیج اور موجودہ کثافت بالترتیب 17V اور 0.02μA/cm2 تک ہوتی ہے۔ کپڑوں پر چپکی ہوئی 2 سینٹی میٹر × 7 سینٹی میٹر × 0.08 سینٹی میٹر کی واحد پرت کے سائز کے ساتھ ٹی ای این جی کو ایک پائیدار بجلی کے ذریعہ کے طور پر دکھایا گیا جو نہ صرف 30 روشنی خارج کرنے والے ڈایڈس (ایل ای ڈی) کو براہ راست روشن کر سکتا ہے، بلکہ مسلسل تالیاں بجا کر لیتھیم آئن بیٹری کو بھی چارج کر سکتا ہے۔ خود سے چلنے والے فعال تناؤ/قوت سینسر ایک ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر میکانکی طور پر متحرک ہونے کے بعد خود بخود آؤٹ پٹ وولٹیج اور کرنٹ پیدا کرتا ہے۔ آؤٹ پٹ سگنل کی شدت مکینیکل اخترتی اور اس کے وقت پر منحصر رویے کے اثرات کی نشاندہی کرتی ہے۔ یہ ٹی ای این جی کا بنیادی اصول ہے، جسے خود سے چلنے والے دباؤ سینسر کے طور پر لاگو کیا جا سکتا ہے۔ وولٹیج آؤٹ پٹ سگنل پانی کی بوند سے پیدا ہونے والے دباؤ کی عکاسی کر سکتا ہے۔ تمام قسم کے ٹی ای این جی میں بیرونی قوت کے لیے اعلی حساسیت اور تیز ردعمل ہوتا ہے اور تیز چوٹی سگنل دکھاتا ہے۔ مزید برآں، پنکھ کے ایک ٹکڑے (20 ملی گرام، رابطے کے دباؤ میں ~ 0.4Pa) کے اثر کا پتہ لگایا جا سکتا ہے۔ سینسر سگنل پورے عمل کی ان تفصیلات کو نازک انداز میں دکھا سکتا ہے۔ موجودہ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ہمارے سینسر کو حقیقی زندگی میں ٹھیک ٹھیک دباؤ کی پیمائش کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ فعال دباؤ سینسر بھی ایک مرکب کی شکل میں تیار کیا گیا ہے۔ "ٹرائبو الیکٹرک کمپوزٹ" کی اصطلاح سرایت شدہ تار کے ساتھ سپنج کی شکل کے پولیمر سے مراد ہے۔ کسی بھی سمت میں مرکب پر دباؤ اور اثر کا اطلاق مرکب ہوا کے فرق کی موجودگی کی وجہ سے نرم پولیمر اور فعال تار کے درمیان چارج کی علیحدگی کا سبب بنتا ہے۔ دوسرے الیکٹروڈ کے طور پر غیر فعال تار کو یا تو بغیر کسی ہوا کے وقفے کے اسپنج کے اندر سرایت کیا جا سکتا ہے یا مرکب سے باہر رکھا جا سکتا ہے، جس سے سینسر سنگل الیکٹروڈ موڈ میں کام کر سکتا ہے۔ اس صورت میں جہاں ہم ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹرز کی میٹرکس صف بناتے ہیں، کسی سطح پر لاگو ہونے والے بڑے علاقے، خود سے چلنے والے دباؤ کے نقشے کا احساس کیا جا سکتا ہے۔ مقامی دباؤ پر ٹی ای این جی صف کے ردعمل کو ملٹی چینل پیمائش کے نظام کے ذریعے ماپا گیا۔ ٹی ای این جی سے آؤٹ پٹ سگنلز کی دو قسمیں ہیں: اوپن سرکٹ وولٹیج اور شارٹ سرکٹ کرنٹ۔ اوپن سرکٹ وولٹیج صرف مکینیکل ٹرگر لگانے کے بعد ٹی ای این جی کی حتمی ترتیب سے طے ہوتا ہے، لہذا یہ اخترتی کی شدت کی پیمائش ہے، جو ٹی ای این جی کے ذریعہ فراہم کردہ جامد معلومات سے منسوب ہے۔ آؤٹ پٹ کرنٹ کا انحصار اس شرح پر ہوتا ہے جس پر انڈیوسڈ چارج بہتا ہے، تاکہ موجودہ سگنل متحرک عمل کے لیے زیادہ حساس ہو کہ مکینیکل ٹرگر کو کس طرح لاگو کیا جاتا ہے۔ ٹرائبو الیکٹرک اثر پر مبنی فعال دباؤ سینسر اور مربوط سینسر صف کے روایتی غیر فعال دباؤ سینسر کے مقابلے میں کئی فوائد ہیں۔ سب سے پہلے، فعال سینسر اوپن سرکٹ وولٹیج کا استعمال کرتے ہوئے جامد دباؤ سینسنگ اور شارٹ سرکٹ کرنٹ کا استعمال کرتے ہوئے متحرک دباؤ سینسنگ دونوں کی صلاحیت رکھتا ہے، جبکہ روایتی سینسر عام طور پر لوڈنگ کی شرح کی معلومات فراہم کرنے کے لیے متحرک سینسنگ کے قابل نہیں ہوتے ہیں۔ دوسرا، جامد اور متحرک سینسنگ دونوں کا فوری ردعمل لوڈنگ پریشر کے بارے میں تفصیلات ظاہر کرنے کے قابل بناتا ہے۔ تیسرا، متحرک سینسنگ کے لیے ٹی ای این جی کی پتہ لگانے کی حد ٹی ای این جی کی اعلی پیداوار کی وجہ سے 2.1Pa جتنی کم ہے۔ چوتھا، اس کام میں پیش کردہ فعال سینسر صف میں بجلی کی کھپت نہیں ہے اور خود سے چلنے والے دباؤ کی نقشہ سازی کے لیے اس کی توانائی کی کٹائی کی فعالیت کے ساتھ بھی جوڑا جا سکتا ہے۔ اس شعبے میں مستقبل کے کاموں میں اعلی مقامی ریزولوشن حاصل کرنے کے لیے پکسل سائز کو چھوٹا کرنا اور شکل کے مطابق دباؤ کی امیجنگ کے لیے مکمل طور پر لچکدار سبسٹریٹ پر ٹی ای اے ایس میٹرکس کا انضمام شامل ہے۔ خود سے چلنے والے موشن سینسر "خود سے چلنے والے سینسر" کی اصطلاح ایک سادہ وولٹیج آؤٹ پٹ سگنل سے کہیں زیادہ عکاسی کر سکتی ہے۔ یہ ایک ایسے نظام کا حوالہ دے سکتا ہے جو قابل شناخت حرکت کی پیمائش اور مظاہرہ کے لیے ذمہ دار تمام الیکٹرانکس کو طاقت دیتا ہے۔ مثال کے طور پر، خود سے چلنے والا ٹرائبو الیکٹرک انکوڈر، جو ایک سمارٹ بیلٹ-پللی سسٹم میں مربوط ہوتا ہے، ایک کیپسیٹر میں حاصل شدہ توانائی کو ذخیرہ کرکے اور سرکٹ کو مکمل طور پر طاقت دے کر رگڑ کو مفید برقی توانائی میں تبدیل کرتا ہے، جس میں ایک مائیکرو کنکولر اور ایک ایل سی ڈی شامل ہوتا ہے۔ جہاں تک ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹرز کا تعلق ہے، الیکٹرانوں کو راغب کرنے کی صلاحیت میں سب سے بڑے فرق والے مواد کو منتخب کرکے اور سطح کی مورفولوجی کو تبدیل کرکے مخالف اطراف سے چارج کی پیداوار کو زیادہ سے زیادہ حاصل کیا جا سکتا ہے۔ ایسی صورت میں، ٹی ای این جی کی پیداوار کا انحصار ٹرائبو الیکٹرک مواد کی سطح پر جذب ہونے والے مالیکیولز کی قسم اور ارتکاز پر ہوتا ہے، جسے کیمیائی اور بائیو کیمیکل سینسر بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، ٹی ای این جی کی کارکردگی کا انحصار دھات کی پلیٹ پر آؤ نینو پارٹیکلز (این پی) کی اسمبلی پر ہوتا ہے۔ یہ جمع شدہ اے یو این پی نہ صرف تناؤ سے پاک حالات میں دونوں پلیٹوں کے درمیان مستحکم خلا کے طور پر کام کرتے ہیں بلکہ دونوں پلیٹوں کے رابطے کے علاقے کو بڑھانے کے کام کو بھی قابل بناتے ہیں، جس سے ٹی ای این جی کی برقی پیداوار میں اضافہ ہوگا۔ جمع شدہ اے یو این پیز پر 3-مرکپٹوپروپیونک ایسڈ (3-ایم پی اے) مالیکیولز کی مزید ترمیم کے ذریعے، ہائی آؤٹ پٹ نینو جنریٹر اے یو این پیز اور ایچ جی 2 + آئنز کی مختلف ٹرائبو الیکٹرک پولرٹیز کی وجہ سے ایچ جی 2 + آئن کا پتہ لگانے کی طرف ایک انتہائی حساس اور انتخابی نینو سینسر بن سکتا ہے۔ اپنی اعلی حساسیت، انتخاب اور سادگی کے ساتھ، ٹی ای این جی ماحولیاتی نمونوں میں ایچ جی 2 + آئنوں کے تعین کے لیے بہت زیادہ صلاحیت رکھتا ہے۔ ٹی ای این جی ناقابل رسائی اور رسائی سے انکار شدہ انتہائی ماحول کے لیے مستقبل کا سینسنگ سسٹم ہے۔ چونکہ مختلف آئنوں، مالیکیولز اور مواد کی اپنی منفرد ٹرائیو الیکٹرک پولرٹیز ہوتی ہیں، اس لیے ہم توقع کرتے ہیں کہ جب تجزیہ کار منتخب طور پر ترمیم شدہ الیکٹروڈ کی سطح سے جڑے ہوتے ہیں تو ٹی ای این جی یا تو الیکٹریکل ٹرن آن یا ٹرن آف سینسر بن سکتا ہے۔ ہمیں یقین ہے کہ یہ کام متعلقہ ٹی ای این جی مطالعات کے لیے ایک قدم کے طور پر کام کرے گا اور مستقبل قریب میں دیگر دھاتی آئنوں اور بائیو مالیکیولز جیسے ڈی این اے اور پروٹین کی طرف ٹی ای این جی کی ترقی کو تحریک دے گا۔ مواد اور سطح کے ڈھانچوں کا انتخاب تقریبا تمام معروف مواد، دھات سے لے کر پولیمر تک، ریشم سے لے کر لکڑی تک-تقریبا ہر چیز میں ٹرائبو الیکٹریفکیشن اثر کی نمائش کرتے ہیں۔ یہ تمام مواد ٹی ای این جی بنانے کے لیے امیدوار ہو سکتے ہیں، اس لیے ٹی ای این جی کے لیے مواد کے انتخاب بہت زیادہ ہیں۔ تاہم، کسی مادے کی الیکٹران حاصل کرنے یا کھونے کی صلاحیت اس کی قطعیت پر منحصر ہوتی ہے۔ جان کارل ولک نے پہلی ٹرائبو الیکٹرک سیریز 1757 میں جامد چارجز پر شائع کی۔ سیریز کے نچلے حصے کی طرف ایک مواد، جب سیریز کے اوپری حصے کے قریب کسی مواد سے چھوتا ہے، تو وہ زیادہ منفی چارج حاصل کرے گا۔ سیریز پر دو مواد ایک دوسرے سے جتنے دور ہوں گے، چارج اتنا ہی زیادہ منتقل ہوگا۔ ٹرائبو الیکٹرک سیریز میں مواد کے انتخاب کے علاوہ، سطحوں کی مورفولوجیز کو جسمانی تکنیکوں کے ذریعے اہرام، مربع، یا نصف کرہ پر مبنی مائیکرو یا نینو پیٹرن کی تخلیق کے ساتھ تبدیل کیا جا سکتا ہے، جو رابطے کے علاقے کو بڑھانے کے لیے موثر ہیں اور ممکنہ طور پر ٹرائبو الیکٹرکائزیشن۔ تاہم، سطح پر اونچی اونچی ساخت رگڑ قوت میں اضافہ کر سکتی ہے، جس سے ممکنہ طور پر ٹی ای این جی کی توانائی کی تبدیلی کی کارکردگی کم ہو سکتی ہے۔ لہذا، تبادلوں کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے ایک اصلاح تیار کی جانی چاہیے۔ مواد کی سطحوں کو مختلف مالیکیولز، نینو ٹیوبز، نینو وایرز، یا نینو پارٹیکلز کا استعمال کرتے ہوئے کیمیائی طور پر فعال کیا جا سکتا ہے تاکہ ٹرائبو الیکٹریفکیشن اثر کو بڑھایا جا سکے۔ سطح کی فعالیت بڑی حد تک سطح کی صلاحیت کو تبدیل کر سکتی ہے۔ سطحوں پر نینو اسٹرکچرز کا تعارف مقامی رابطے کی خصوصیات کو تبدیل کر سکتا ہے، جس سے ٹرائبو الیکٹریفکیشن میں بہتری آسکتی ہے۔ اس میں مواد کی ایک رینج اور دستیاب نینو اسٹرکچرز کی ایک رینج کی جانچ کے لیے بڑی تعداد میں مطالعات شامل ہوں ان خالص مواد کے علاوہ، رابطے کے مواد کو مرکب سے بنایا جا سکتا ہے، جیسے پولیمر میٹرکس میں سرایت شدہ نینو پارٹیکلز۔ یہ نہ صرف سطح کی برقی کاری کو تبدیل کرتا ہے بلکہ مواد کی اجازت کو بھی تبدیل کرتا ہے تاکہ وہ الیکٹروسٹیٹک انڈکشن کے لیے موثر ثابت ہو سکیں۔ لہذا، مادی نقطہ نظر سے ٹی ای این جی کی کارکردگی کو بڑھانے کے بے شمار طریقے ہیں۔ یہ کیمسٹ اور میٹریل سائنسدانوں کو بنیادی سائنس اور عملی اطلاق دونوں میں وسیع مطالعہ کرنے کا بہترین موقع فراہم کرتا ہے۔ اس کے برعکس، شمسی خلیوں اور تھرمل الیکٹرک کے لیے مواد کے نظام، مثال کے طور پر، کافی محدود ہیں، اور اعلی کارکردگی والے آلات کے لیے بہت زیادہ انتخاب نہیں ہیں۔ معیارات اور میرٹ کے اعداد و شمار ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹرز کی کارکردگی کا مقداری طور پر جائزہ لینے کے لیے ایک پرفارمنس فگر آف میرٹ (ایف او ایم پی) تیار کیا گیا ہے، جس میں ٹی ای این جی کی ساخت سے متعلق ایک ساختی فگر آف میرٹ (ایف او ایم ایس) اور ایک میٹریل فگر آف میرٹ (ایف او ایم ایم) شامل ہے جو سطح کے چارج کی کثافت کا مربع ہے۔ بریک ڈاؤن اثر کو مدنظر رکھتے ہوئے، ایک نظر ثانی شدہ اعداد و شمار کی تجویز بھی پیش کی گئی ہے۔ ایف او ایم کی بنیاد پر، مختلف ٹی ای این جی کے نتائج کا موازنہ اور جائزہ لیا جا سکتا ہے۔ ٹی ای این جی کی توانائی کی پیداوار کے لیے چکر ایک مسلسل وقتا فوقتا میکانی حرکت کے لیے (نقل مکانی x = 0 سے x = xmax تک)، ٹی ای این جی سے برقی آؤٹ پٹ سگنل بھی وقتا فوقتا وقت پر منحصر ہوتا ہے۔ ایسی صورت میں، اوسط آؤٹ پٹ پاور P، جو لوڈ مزاحمت سے متعلق ہے، TENG کی خوبیوں کا تعین کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ وقت T کی ایک مخصوص مدت کو دیکھتے ہوئے، فی سائیکل E کی آؤٹ پٹ توانائی کو اس طرح اخذ کیا جا سکتا ہے: اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ فی سائیکل E کی آؤٹ پٹ توانائی کا حساب V-Q منحنی خطوط میں بند لوپ کے گھیرے ہوئے رقبے کے طور پر لگایا جا سکتا ہے، اور تمام V-Q چکروں کو "توانائی آؤٹ پٹ کے لیے چکروں" (CEO) کا نام دیا جاتا ہے۔ ٹی ای این جی کی زیادہ سے زیادہ توانائی کی پیداوار کے لیے سائیکل۔ لوڈ اور شارٹ سرکٹ کے حالات کے درمیان وقتا فوقتا تبدیلی کے ذریعے، زیادہ سے زیادہ توانائی کی پیداوار کے لیے سائیکل حاصل کیے جا سکتے ہیں۔ جب بوجھ لامحدود کے برابر ہوتا ہے، تو V-Q ایک ٹریپیزائڈ شکل بن جاتا ہے، جس کے عمودی حصوں کا تعین زیادہ سے زیادہ شارٹ سرکٹ منتقل شدہ چارج QSC، زیادہ سے زیادہ سے کیا جاتا ہے، اور زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ توانائی کا حساب اس طرح کیا جا سکتا ہے: TENG کے فگر آف میرٹ (FOM)۔ لامحدود بوجھ مزاحمت کے ساتھ سی ایم ای او میں کام کرنے والے ٹی ای این جی کے لیے، مدت ٹی میں وقت کے دو حصے شامل ہیں۔ ایک حصہ TENG میں رشتہ دار حرکت سے ہے، اور دوسرا حصہ شارٹ سرکٹ کے حالات میں خارج ہونے والے عمل سے ہے۔ ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹرز میں بریک ڈاؤن اثر وسیع پیمانے پر موجود ہے، جو مؤثر زیادہ سے زیادہ توانائی کی پیداوار، ای ای ایم کو سنجیدگی سے متاثر کرے گا۔ لہذا، سی ایم ای او میں بریک ڈاؤن اثر پر غور کرتے ہوئے اوسط آؤٹ پٹ پاور P کو مطمئن کرنا چاہیے: جہاں v TENG میں رشتہ دار حرکت کی اوسط رفتار ویلیو ہے، جو ان پٹ مکینیکل حرکتوں پر منحصر ہے۔ اس مساوات میں، واحد اصطلاح ہے جو خود TENG کی خصوصیات پر منحصر ہے۔ ٹی ای این جی کی توانائی کی تبدیلی کی کارکردگی کا اظہار اس طرح کیا جا سکتا ہے (سی ایم ای او میں بریک ڈاؤن کے اثرات پر غور کرتے ہوئے R = φ کے ساتھ): یہاں ایف کا مطلب ٹی ای این جی کے آپریشن کے دوران اوسط ڈسپیٹیو فورس ہے۔ یہ قوت رگڑ قوت، ہوا مزاحمت قوت یا دیگر ہو سکتی ہے۔ یہ TENG کے آپریشن کے دوران اوسط ڈسپیٹیو فورس کو ظاہر کرتا ہے۔ یہ قوت رگڑ قوت، ہوا مزاحمت قوت یا دیگر ہو سکتی ہے۔ لہذا، یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ یہ اصطلاح خود ٹی ای این جی کی خصوصیات سے اوسط طاقت اور توانائی میں تبدیلی کی کارکردگی دونوں کا تعین کرتی ہے۔ ای ای ایم میں کیو ایس سی، زیادہ سے زیادہ ہوتا ہے جو ٹرائبو الیکٹریفکیشن ایریا اے کے متناسب ہوتا ہے۔ لہذا، آؤٹ پٹ توانائی پر TENG سائز کے اثر کو خارج کرنے کے لیے، رقبہ A کو اس اصطلاح کے ڈینومینیٹر میں رکھا جانا چاہیے اور پھر اصطلاح TENG کی خوبیوں کا تعین کرتی ہے۔ کیو ایس سی، میکس، وی او سی، میکس اور وی میکس 'سبھی سطح کے چارج کی کثافت σ کے متناسب ہیں۔ لہذا، ایم سطح چارج کثافت σ کے مربع کے متناسب ہے۔ پھر، ٹی ای این جی کے طول و عرض کے بغیر ساختی ایف او ایم (ایف او ایم ایس) کی وضاحت کی جا سکتی ہے، کیونکہ عنصر صرف ساختی پیرامیٹرز اور ایکس میکس پر منحصر ہوتا ہے: یہاں ε0 خلا کی اجازت ہے۔ یہ ساختی ایف او ایم ساختی ڈیزائن سے ٹی ای این جی کی اہلیت کی نمائندگی کرتا ہے۔ اور پھر ٹی ای این جی کی کارکردگی ایف او ایم (ایف او ایم پی) کی تعریف اس طرح کی جا سکتی ہے: یہاں، جو مادی خصوصیات سے متعلق واحد جزو ہے۔ ایف او ایم پی کو ٹی ای این جی کی اقسام کا جائزہ لینے کے لیے عالمگیر معیار سمجھا جا سکتا ہے کیونکہ یہ ٹی ای این جی کے موڈ اور سائز سے قطع نظر، سب سے زیادہ ممکنہ اوسط آؤٹ پٹ پاور کے براہ راست متناسب ہے اور سب سے زیادہ قابل حصول توانائی کی تبدیلی کی کارکردگی سے متعلق ہے۔ آؤٹ پٹ صلاحیت کی تشخیص کے لیے معیاری طریقہ بریک ڈاؤن اثر پر غور کرنے کے ساتھ، نینو جنریٹرز کی آؤٹ پٹ صلاحیت کی تشخیص کے لیے ایک معیاری طریقہ تجویز کیا گیا ہے، جو تجرباتی طور پر نینو جنریٹرز کی بریک ڈاؤن کی حد اور ای ای ایم کی پیمائش کر سکتا ہے۔ نظریاتی ماڈل پر سابقہ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ ٹی ای این جی کو سیریز میں کیپسیٹر کے ساتھ مل کر وولٹیج کا ذریعہ سمجھا جا سکتا ہے، جس میں سے کیپسیٹنس آپریشن کے دوران مختلف ہوتا ہے۔ کیپسیٹیو پراپرٹی کی بنیاد پر، تشخیص کا طریقہ مختلف نقل مکانی x پر ہدف TENG (TENG1) کو چارج کرکے تیار کیا جاتا ہے تاکہ خرابی کی حالت کی پیمائش کی جا سکے۔ ایک اور ٹی ای این جی (ٹی ای این جی 2) کو ہائی وولٹیج ماخذ کے طور پر شامل کیا جاتا ہے تاکہ ہدف ٹی ای این جی کو بریک ڈاؤن کی حالت تک پہنچنے کے لیے متحرک کیا جا سکے۔ مختلف پیمائش کے مراحل کو فعال کرنے کے لیے سوئچ 1 (S1) اور سوئچ 2 (S2) کا استعمال کیا جاتا ہے۔ اس طریقہ کار کا تفصیلی عمل بہاؤ، جس میں ایک تجرباتی حصہ اور ڈیٹا تجزیہ کا حصہ شامل ہے۔ سب سے پہلے، سطح کے چارج کی کثافت کو کیو ایس سی، میکس کے ذریعے ظاہر ہونے کے برابر رکھنا ضروری ہے، تاکہ مختلف ایکس پر پیمائش کی مستقل مزاجی کو یقینی بنایا جا سکے۔ اس طرح، مرحلہ 1 میں، ایس 1 کو آن کیا گیا تھا اور ایس 2 کو کیو ایس سی، زیادہ سے زیادہ کی پیمائش کے لیے بند کر دیا گیا تھا۔ اگر کیو ایس سی، زیادہ سے زیادہ متوقع قیمت سے کم ہے، تو اس تک پہنچنے کے لیے ایک اضافی ٹرائبو الیکٹریفکیشن کا عمل انجام دیا جاتا ہے۔ اور پھر مرحلہ 2 میں، x کو ایک مخصوص قدر پر مقرر کیا گیا تھا، اور شارٹ سرکٹ چارج ٹرانسفر QSC (x) کو ایک مخصوص x پر کولومیٹر Q1 کے ذریعے ماپا گیا تھا۔ مرحلہ 3 میں، S1 کو بند کر دیا گیا، S2 کو آن کیا گیا، اور پھر TENG1 کے لیے ہائی وولٹیج آؤٹ پٹ فراہم کرنے کے لیے TENG2 کو متحرک کیا گیا۔ ٹی ای این جی 1 میں بہنے والے چارج اور ٹی ای این جی 1 کے پار وولٹیج کی پیمائش ایک ہی وقت میں کی جاتی تھی، جس میں چارج کو کولومیٹر کیو 2 کے ذریعے ماپا جاتا تھا، اور وولٹیج کو مزاحمت آر کو اس کے ذریعے بہنے والے کرنٹ سے ضرب دے کر حاصل کیا جاتا تھا جیسا کہ موجودہ میٹر I کے ذریعے ماپا جاتا ہے، جیسا کہ طریقوں میں تفصیل سے بتایا گیا ہے۔ اس معاملے میں حاصل ہونے والے موڑ پوائنٹس (ق، وی) کو بریک ڈاؤن پوائنٹس سمجھا جاتا تھا۔ اور پھر، اگر x <xmax، تو اس عمل کو مرحلہ 1 سے شروع کرتے ہوئے بڑھا ہوا x کے ساتھ دہرایا گیا جب تک کہ تجرباتی پیمائش کے حصے کو ختم کرنے کے لیے xmax حاصل نہیں کیا گیا۔ اعداد و شمار کے تجزیے کے حصے کے لیے، سب سے پہلے، سی (ایکس) کا حساب پیمائش شدہ (کیو، وی) میں لکیری حصے کی ڈھلوان سے اسے غیر بریک ڈاؤن حصہ سمجھ کر کیا گیا تھا۔ اور پھر، پہلا موڑ نقطہ (Qb (x)، Vb (x)) کا تعین مختلف R2 قدر پر لکیری فٹنگ C (x) کے ذریعے کیا گیا، جسے تھریشولڈ بریک ڈاؤن پوائنٹ سمجھا جاتا تھا۔ آخر میں، کسی بھی x ω [0، xmax] کے لیے، تمام (Qb (x)، Vb (x)) کو (QSC (x)-Qb (x)، Vb (x)) میں منتقل کیا جا سکتا ہے جیسا کہ TENG کے EEM کا حساب لگانے کے لیے V-Q سائیکل میں پلاٹ کیے گئے بریک ڈاؤن پوائنٹس ہیں۔ الیکٹروسٹیٹک بریک ڈاؤن پر مبنی ڈائریکٹ کرنٹ ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر (ڈی سی-ٹی ای این جی) ایک نئی قسم کا ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر ہے جو مکینیکل توانائی حاصل کر سکتا ہے اور ٹرائبو الیکٹرک اثر اور الیکٹروسٹیٹک بریک ڈاؤن اثر کے امتزاج کے ذریعے اسے برقی توانائی میں تبدیل کر سکتا ہے۔ ایک معیاری اے سی آؤٹ پٹ سگنل رکھنے والے مذکورہ روایتی ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹرز سے مختلف، جس میں ٹرائبو الیکٹرک اثر اور الیکٹروسٹیٹک انڈکشن اثر کے امتزاج سے سگنل پیدا ہوتا ہے، ڈی سی-ٹی ای این جی بیرونی سرکٹ میں یک طرفہ کرنٹ کا بہاؤ پیدا کرتا ہے اور الیکٹرانک آلات کو چلا سکتا ہے اور توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات کو براہ راست چارج کر سکتا ہے۔ جب براہ راست موجودہ ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر کو روٹری ڈھانچے میں تیار کیا جاتا ہے، تو یہ مسلسل مستقل کرنٹ پیدا کرے گا، جسے بیرونی بوجھ مزاحمت کی ایک وسیع رینج پر مستقل موجودہ بجلی کی فراہمی کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ یہ نئی قسم کا ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر سب سے پہلے پروفیسرز نے ایجاد کیا تھا۔ 2019 میں بیجنگ انسٹی ٹیوٹ آف نینو انرجی اینڈ نینو سسٹمز میں ژونگ لن وانگ اور جی وانگ گروپ۔ مکینیکل توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرنے کے آلے کے طور پر، اس نئی قسم کے ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر کو مائیکرو/نینو پاور ذرائع یا سیلف پاور سینسنگ سسٹم میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔ میکانزم ایک براہ راست موجودہ ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر کا کام کرنے والا طریقہ کار رابطے کی برق کاری اور الیکٹروسٹیٹک بریک ڈاؤن اثرات کے درمیان جوڑنا ہے۔ اس کی روایتی ساخت کافی آسان ہے، جس میں ایک رگڑ الیکٹروڈ ہوتا ہے جو رگڑ کی پرت کے ساتھ رابطے کی برق کاری کے لیے استعمال ہوتا ہے اور ایک چارج جمع کرنے والا الیکٹروڈ جو الیکٹروسٹیٹک بریک ڈاؤن سے بننے والے چارجز کو جمع کرتا ہے۔ سلائڈنگ کے عمل کے دوران، رگڑ الیکٹروڈ رگڑ کی پرت سے رابطہ کرتا ہے، جس کے نتیجے میں رگڑ الیکٹروڈ پر مثبت چارج اور رگڑ کی پرت پر منفی چارج ہوتا ہے۔ رگڑ کی پرت پر چارج کے وجود کی وجہ سے، ڈیوائس کے مزید سلائڈنگ کے ساتھ، چارج جمع کرنے والے الیکٹروڈ اور رگڑ کی پرت کے درمیان فرق ایک مضبوط برقی میدان بنائے گا، جو خلا میں ہوا کے ٹوٹنے کا باعث بنے گا اور براہ راست کرنٹ پیدا کرے گا۔ بیرونی سرکٹ میں اگر برقی میدان کافی مضبوط ہے۔ جب براہ راست موجودہ ٹرائبو الیکٹرک نینو جنریٹر ڈیوائس رگڑ پرت فلم کے آخر تک پھسلتا ہے، تو ہوا کی خرابی کا عمل رک جائے گا۔ پائرو الیکٹرک نینو جنریٹر ایک توانائی جمع کرنے والا آلہ ہے جو نینو ساختہ پائرو الیکٹرک مواد کا استعمال کرتے ہوئے بیرونی تھرمل توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرتا ہے۔ عام طور پر، کٹائی کی تھرمو الیکٹرک توانائی بنیادی طور پر سیبیک اثر پر منحصر ہوتی ہے، جو چارج کیریئرز کے پھیلاؤ کو چلانے کے لیے آلہ کے دو سروں کے درمیان درجہ حرارت کے فرق کو استعمال کرتی ہے۔ تاہم، ایسے ماحول میں جہاں درجہ حرارت بغیر کسی میلان کے مقامی طور پر یکساں ہو، جیسے کہ باہر میں، سی بیک اثر کو وقت پر منحصر درجہ حرارت کے اتار چڑھاؤ سے تھرمل توانائی حاصل کرنے کے لیے استعمال نہیں کیا جا سکتا۔ اس صورت میں، پائرو الیکٹرک اثر کا انتخاب ہونا چاہیے، جو درجہ حرارت کے اتار چڑھاؤ کے نتیجے میں بعض انیسوٹروپک ٹھوسوں میں بے ساختہ پولرائزیشن کے بارے میں ہے۔ پہلا پائرو الیکٹرک نینو جنریٹر پروفیسر ژونگ لن وانگ نے 2012 میں جارجیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی میں متعارف کرایا تھا۔ فضلہ گرمی کی توانائی کو حاصل کرنے سے، اس نئی قسم کے نینو جنریٹر میں وائرلیس سینسر، درجہ حرارت کی امیجنگ، طبی تشخیص، اور ذاتی الیکٹرانکس جیسے ممکنہ استعمال ہوتے ہیں۔ میکانزم پائرو الیکٹرک نینو جنریٹر کے عملی اصول کی وضاحت دو مختلف صورتوں میں کی جائے گی: بنیادی پائرو الیکٹرک اثر اور ثانوی پائرو الیکٹرک اثر۔ پہلے کیس کے لیے کام کرنے کے اصول کی وضاحت پرائمری پائرو الیکٹرک اثر سے کی جاتی ہے، جو تناؤ سے پاک کیس میں پیدا ہونے والے چارج کو بیان کرتا ہے۔ بنیادی پائرو الیکٹرک اثر پی زیڈ ٹی، بی ٹی او، اور کچھ دیگر فیرو الیکٹرک مواد میں پائرو الیکٹرک ردعمل پر حاوی ہے۔ یہ طریقہ کار برقی ڈایپول کے توازن محور کے ارد گرد تھرمل طور پر پیدا ہونے والے بے ترتیب ہلنے پر مبنی ہے، جس کی شدت بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے ساتھ بڑھتی ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت پر تھرمل اتار چڑھاؤ کی وجہ سے برقی ڈائی پول اپنے متعلقہ صف بندی والے محوروں سے ایک ڈگری کے اندر تصادفی طور پر ارتعاش کریں گے۔ ایک مقررہ درجہ حرارت کے تحت، برقی دو قطبوں سے بے ساختہ پولرائزیشن کی کل اوسط طاقت مستقل ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں پائرو الیکٹرک نینو جنریٹر سے کوئی پیداوار نہیں ہوتی ہے۔ اگر ہم نینو جنریٹر میں کمرے کے درجہ حرارت سے زیادہ درجہ حرارت پر درجہ حرارت میں تبدیلی لاگو کرتے ہیں، تو درجہ حرارت میں اضافے کے نتیجے میں برقی ڈائی پولز اپنے متعلقہ صف بندی والے محوروں کے ارد گرد پھیلنے کی ایک بڑی ڈگری کے اندر ارتعاش کریں گے۔ ارتعاش کے زاویوں کے پھیلاؤ کی وجہ سے کل اوسط بے ساختہ پولرائزیشن کم ہو جاتی ہے۔ اس طرح الیکٹروڈ میں محرک چارج کی مقدار کم ہو جاتی ہے، جس کے نتیجے میں الیکٹرانوں کا بہاؤ ہوتا ہے۔ اگر نینو جنریٹر کو گرم کرنے کے بجائے ٹھنڈا کیا جاتا ہے، تو بے ساختہ پولرائزیشن کو بڑھایا جائے گا کیونکہ کم تھرمل سرگرمی کی وجہ سے برقی دو قطبی پھیلاؤ کے زاویہ کی ایک چھوٹی سی ڈگری کے اندر ارتعاش کرتے ہیں۔ پولرائزیشن کی کل شدت میں اضافہ ہوتا ہے، اور الیکٹروڈ میں انڈیوسڈ چارجز کی مقدار میں بھی اضافہ ہوتا ہے۔ اس کے بعد الیکٹران مخالف سمت میں بہہ جائیں گے۔ دوسرے معاملے میں، حاصل شدہ پائرو الیکٹرک ردعمل کی وضاحت ثانوی پائرو الیکٹرک اثر سے کی جاتی ہے، جو تھرمل توسیع سے پیدا ہونے والے تناؤ سے پیدا ہونے والے چارج کو بیان کرتا ہے۔ ثانوی پائرو الیکٹرک اثر ZnO، CdS، اور کچھ دیگر ورزائٹ قسم کے مواد میں پائرو الیکٹرک ردعمل پر حاوی ہے۔ تھرمل اخترتی پورے مادے میں پیزو الیکٹرک ممکنہ فرق کو جنم دے سکتی ہے، جو الیکٹرانوں کو بیرونی سرکٹ میں بہاؤ کی طرف لے جا سکتا ہے۔ نینو جنریٹر کی پیداوار پیزو الیکٹرک گتانک اور مواد کی تھرمل اخترتی سے وابستہ ہے۔ پائرو الیکٹرک نینو جنریٹرز کے آؤٹ پٹ کرنٹ I کا تعین مساوات I = pA (dT/dt) سے کیا جا سکتا ہے، جہاں p پائرو الیکٹرک گتانک ہے، A NG کا موثر رقبہ ہے، اور dT/dt درجہ حرارت میں تبدیلی کی شرح ہے۔ ایپلی کیشنز پائرو الیکٹرک نینو جنریٹرز کو مختلف ایپلی کیشنز کے لیے لاگو کرنے کی توقع کی جاتی ہے جہاں وقت پر منحصر درجہ حرارت میں اتار چڑھاؤ موجود ہیں۔ پائرو الیکٹرک نینو جنریٹر کی قابل عمل ایپلی کیشنز میں سے ایک ایک فعال سینسر کے طور پر ہے، جو بیٹری کے بغیر کام کر سکتا ہے۔ پروفیسر ژونگ لن وانگ کے گروپ نے 2012 میں درجہ حرارت میں تبدیلی کا پتہ لگانے کے لیے خود سے چلنے والے درجہ حرارت سینسر کے طور پر پائرو الیکٹرک نینو جنریٹر کا استعمال کرتے ہوئے ایک مثال پیش کی ہے، جہاں سینسر کا رسپانس ٹائم اور ری سیٹ ٹائم بالترتیب تقریبا 0.9 اور 3 سیکنڈ ہوتا ہے۔ عام طور پر، پائرو الیکٹرک نینو جنریٹر ایک اعلی آؤٹ پٹ وولٹیج دیتا ہے، لیکن آؤٹ پٹ کرنٹ چھوٹا ہوتا ہے۔ اسے نہ صرف ممکنہ توانائی کے ذریعہ کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے بلکہ درجہ حرارت میں تغیر کی پیمائش کے لیے ایک فعال سینسر کے طور پر بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ بیٹری (بجلی) الیکٹریکل جنریٹر مائکرو الیکٹرو مکینیکل سسٹمز مائکرو پاور نینو الیکٹرو مکینیکل سسٹمز اسمارٹ ڈسٹ اسمارٹ ویئرایبل سسٹمز حوالہ جات بیرونی روابط پروفیسر زیڈ ایل وانگ کا نینو ریسرچ گروپ جارجیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی میں نینو الیکٹرانک سائنس اینڈ انجینئرنگ لیبارٹری (این ای ایس ای ایل) سنگکیونکوان یونیورسٹی (ایس کے کے یو) لیبارٹری برائے نینو اسکیل میکینکس اینڈ فزکس یونیورسٹی آف الینوائے، اربانا-شیمپین لین لیب یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، برکلے میں سام سنگ ایڈوانسڈ انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی انجن مائکرو ٹیکنالوجی نینو الیکٹرانکس