Biyomedikal alan uygulamaları için polimer tabanlı triboelektrik nanojeneratör yüzey tasarımı

Abstract

Bu tezde, biyomedikal uygulamalar için polimer tabanlı triboelektrik nanojeneratör (TENG) yüzey tasarımları gerçekleştirilmiştir. TENG sürdürülebilir ve yenilenebilir enerji kaynakları olarak dikkat çekmekte olup, biyomedikal alanında çeşitli uygulamalarda kullanılabilmektedir. Bu çalışmada, insan vücuduna toksik etkisi bulunmayan bir biyopolimer olan kitosan (CH) tabanlı dielektrik ve iletken yüzeyler oluşturulmuştur. İletken yüzeyler İndirgenmiş Grafen Oksit (rGO); dielektrik yüzeyler ise Grafen Oksit (GO), Manyetit (Fe3O4) ve farklı oranlarda Manyetit-Grafen Oksit (mGO) katkısı ile modifiye edilmiştir. Ayrıca, TENG'in performansını değerlendirmek amacıyla doğrultmaç ve yükselteç devreleri de dahil olmak üzere kapsamlı elektriksel ölçümler yapılmıştır. Bu ölçümler sonucunda, TENG'in çıkış voltajındaki değişimler incelenmiş ve çeşitli koşullar altında performansı değerlendirilmiştir. TENG’i oluşturan bileşenler XRD analizi ile, elde edilen TENG yüzeyler ise FTIR analizi ile karakterize edilmiştir. Yapılan elektriksel ölçümler sonunda dielektrik yüzeyinde CH’a GO katkılanan TENG’lerin (Vmak=13,11 mV) solunum izleme, nabız izleme, sinir stimülasyonu gibi düşük mekanik etkilerin uygulandığı alanlarda kullanımının uygun olduğu, CH’a mGO 1:1 katkılanan TENG’lerin (Vmak= 63,31 mV) implante edilebilir kalp pili uygulamalarında, akıllı spor uygulamaları ve insan hareket durumunu izleme gibi yüksek mekanik etkilerin uygulandığı alanlarda kullanımının uygun olduğu anlaşılmıştır. Elde edilen bulgular, TENG'in biyomedikal cihazlarda sürdürülebilir enerji kaynağı olarak kullanılabilirliğini göstermektedir.

In this thesis, surface designs for polymer-based triboelectric nanogenerators (TENGs) were developed for biomedical applications. TENGs are noteworthy as sustainable and renewable energy sources and can be used in various applications in the biomedical field. In this study, dielectric and conductive surfaces based on chitosan (CH), a biopolymer that is non-toxic to the human body, were created. The conductive surfaces were modified with reduced graphene oxide (rGO), while the dielectric surfaces were modified with graphene oxide (GO), magnetite (Fe3O4), and magnetite-graphene oxide (mGO) in different ratios. Additionally, comprehensive electrical measurements, including rectifier and amplifier circuits, were conducted to evaluate the performance of the TENG. These measurements were examined changes in the output voltage of the TENG and evaluated its performance under various conditions. The components of the TENG were characterized using XRD analysis, and the surfaces were characterized with FTIR analysis. The electrical measurements indicated that TENGs with GO doped CH (Vmax=13.11 mV) are suitable for applications with low mechanical impacts, such as respiratory monitoring, pulse monitoring, and nerve stimulation. On the other hand, TENGs with mGO 1:1 doped CH (Vmax=63.31 mV) were found to be suitable for applications involving high mechanical impacts, such as implantable pacemakers, smart sports applications, and monitoring human movement. The findings demonstrate the potential of TENGs as sustainable energy sources in biomedical devices.