Τριβοηλεκτρικά φαινόμενα σε κλωστοϋφαντουργικά υλικά

Abstract

Triboelectricity is a natural phenomenon that occurs continuously in our environment, though it often goes unnoticed to the naked eye. Despite being recognized for over 2,500 years, it is not fully explored as its study demands a multidisciplinary approach. Numerous factors prevented the scientific community from thoroughly studying it. The phenomenon’s presence in all types of materials - solids, gases, and liquids, regardless of whether they are conductors or insulators - combined with the diverse scientific approaches to studying it, the insufficient theoretical foundation, the absence of standardized measuring equipment, and the differing measurement methods and conditions, have all contributed to make its comprehensive understanding challenging and complex. But everything changed one decade ago, as the interest in triboelectricity arose by attempting to develop triboelectric generators (TEGs). These devices, which aim to harvest triboelectric energy or to be used as self-powered sensors, seemed promising in replacing batteries in low-consumption applications. Since then, a remarkable effort has been dedicated to the research and development of TEGs, leading to an almost exponential increase in publications and interest from the scientific community. As triboelectricity is directly related to motion, it was soon realized that it could adapt to wearable applications. In this direction, textiles, which have been serving humans for thousands of years, appeared as a possible player to enrich wearable TEGs thanks to their unique mechanical and physical properties. The coming result was the introduction of textile-based TEGs, which can combine the unique benefits of textile fabrics with those of a TEG. Therefore, until now, TEGs with a woven or knitted structure, have been presented occasionally, providing better mechanical properties than films or solid structures, like elasticity, breathability and flexibility. Additionally, multilayered yarns or filaments, coated yarns, conductive yarns, nanofibres, etc, have been used to build self-standing TEG elements. Other technologies like embroidering or electro-spinning have also been used to develop textile-based TEGs. These attempts have driven to the experimental development of wearable TEGs which can be attached like patches on clothing or even shoes. The outcoming voltages have demonstrated the powering of small consumption devices like watches, calculators, and light-emitting diodes (LEDs), or they have been used to self-power sensors. However, while textile technology is very mature and fully capable of supporting the creation of textile-based TEGs, there has been insufficient research into exploring their full potential. Consequently, the motivations that gave the stimulus for this dissertation come from the following four gaps which characterize the aforementioned participation of textile materials and textile structures in TEGs. Firstly, the international literature which reports the use of textile materials in TEGs until today, is limited to developing and demonstrating individual cases of TEGs that contain individual materials under individual activation conditions. On the contrary, a TEG or a methodology has not been proposed to broadly measure and compare samples of any material, thickness, surface morphology, structure, etc. Secondly, in most of the international literature, the triboelectric effect has been studied using methods that do not accurately reflect the real-world conditions encountered in wearable applications. So, the vertical contact-separation triboelectric mode is used almost always, although it does not represent the real usage conditions which are met in wearables. It shall be mentioned that although friction is “by definition” included in the term of triboelectricity (the Greek word “tribo” means to rub), it is not considered in numerous publications which take into account only the contact and separation of the triboelectric surfaces. Additionally, unrealistically large contact forces are often applied, using industrial linear motors or even manually, while high contact frequencies are used and friction is often disregarded. Therefore, the triboelectric effect had to be approached from a more realistic point of view as for its usage in wearables. Thirdly, most of the literature reports TEGs incorporating complex nanomaterials, membranes, or coatings. Hence, the use of textile surfaces, which occupy a vast field, both in terms of materials and structures, has not been examined thoroughly. This is particularly noteworthy, given that one of the most well-known and straightforward examples of the triboelectric effect is the removal of a sweater made from simple, conventional textile materials. Only recently, in the context of using sustainable materials, some publications have studied the use of cotton or another common fibres for wearable triboelectric generators, but these are few. Instead, the majority of research has primarily focused on advanced materials subjected to specialized treatments, coatings, immersions, and nanoscale modifications. Fourth is the fact that when the international literature presents constructions of TEGs using textile structures, the textile pattern is chosen arbitrarily without any stated criteria. Usually, this involves the plain weaving pattern, as it is the simplest to construct, even manually, without the need of a fancy machine. Therefore, only few studies possess the expertise necessary to produce and study various or complicated, knitted or woven structures. In conclusion, after a decade of research and many publications, the above four points have shown that there is still a significant research gap in understanding the potential that textile materials or textile structures can provide in a TEG. It comes out that there is no standard methodology or TEG device which follows a realistic approach to imitate the actual conditions met in the wearables field. Additionally, there is no TEG device that provides versatility in attaching the specimens of the under examination samples so as to achieve their subjective and precise comparisons under the same conditions. This fact drove to the further design and development of the hereby presented TEG measuring device. The primary objective of this dissertation is to investigate the potential of textile structures and materials for use in textile-based TEGs within an approach which is characterized by realistic conditions, such as those encountered in clothing. Parallely, this dissertation aims to lay the groundwork for exploring the triboelectric potentials of conventional textile materials and structures, which are very familiar to the textile industry. Finally, it aims to introduce a TEG measuring device designed and developed to serve as a versatile tool for the comparative analysis of different materials and structures, thereby broadening the scope of triboelectric research. The introductive section of the dissertation is divided into three sub-sections. The first introduces the reader to the phenomenon of triboelectricity, including the definition, advantages and disadvantages, its relation to energy harvesting, study difficulties, and up-to-date explanatory theories. The second sub-section discusses the definition, working principles, structural categories and affecting parameters of TEGs. The third sub-section is dedicated to the textile-based TEGs. It discusses the use of textiles in electronics and TEGs, the materials and technologies used, and the current gaps in textile-based research. Moreover, the triboelectric mode combination proposed hereby, and the main objectives are analyzed. The methodology’s section is divided into two sub-sections. The first is dedicated to the methodology developed and used in this research series. The working principle and the advantages of the developed TEG measuring device are discussed. The development path of the current pioneer methodology was inspired and initiated from the point of a walking or running human who wears a garment with an embedded textile-based TEG. After its motion was analyzed, it was seen that it involves the contact and friction of its two triboelectric surfaces. Hence, a measuring TEG device was designed to imitate this motion realistically, as if the two triboelectric surfaces were embedded in the moving part of a garment worn by a moving human. The second sub-section focuses on the analytical presentation of the development steps taken to build the TEG measuring device that is hereby used. These include detailed descriptions of its mechanical and electronic parts. The measuring procedure and the performance justification are presented as the last step. The experimental section comprises a series of studies conducted as part of this dissertation, each of which was published as a research article in a journal or presented at a conference. Its sub-sections provide a detailed analysis of the target, the materials used, the measuring methodology employed, the results obtained, and the conclusions drawn from each study. The studies include the comparison of the outcoming triboelectric voltage of textile samples made of different materials but with the same knitting pattern, the comparison of textile samples made of the same material but with different weaving patterns, and the comparison of the size of contact areas on the outcoming triboelectric voltage. Another study comprises the comparison of the outcoming triboelectric voltage between the selection of homogenous or heterogenous materials to be used in a textile-based TEG, showing that the triboelectric surfaces do not necessarily need to be composed of different materials, as it appears in the great majority of research articles which include the use of polymers. Additionally, the significant effect of the ambient humidity conditions on the outcoming triboelectric voltage of textile-based TEGs was studied by introducing the parameter of absolute humidity. This was successfully used to interconnect the relative humidity and temperature parameters and relate them with the TEG’s triboelectric performance. Furthermore, for the first time, leather was introduced as a new material for wearable TEGs. The findings suggest that leather exhibits promising voltage outputs compared to other natural materials previously studied, indicating that leather could be a viable material for enhancing the performance of clothing-integrated TEGs. Moreover, for the first time Polytetrafluoroethylene (PTFE) has been used in filament form for the construction of a knitted textile-based TEG. It must be mentioned that PTFE, which is among the most popular and efficient materials to be used in TEGs, has been used in relative publications only in the form of film, coating, or layer on a textile, thus constituting a different body. Finally, the conclusions and suggested topics for further research are presented in the last section of the dissertation. It would be valuable to produce textile samples based on different knitting, weaving or even non-woven patterns to identify optimal fabric structures. Especially regarding para-aramid and PTFE materials, these have excellent potential to be used in textile-based TEGs and they require further research. Leather is a promising material with appealing aesthetics, and the triboelectric voltages presented here mark the beginning of its study. Finally, future research could focus on evaluating the performance of the textiles of the textile-based TEG under electric loads and exploring the performance of textiles with varying thicknesses. It shall be noted that before starting this PhD study, a MSc by Research entitled “Electrical and Electronic Sciences through Research” preceded in the same field. Thus, there was already an initial acquaintance and familiarization with the research object. Additionally, it shall be noted that this PhD study was supported by the University of West Attica, [ELKE, Special Account for Research Grants, 80993/71311].

Ο τριβοηλεκτρισμός είναι ένα φυσικό φαινόμενο που συμβαίνει συνεχώς στο περιβάλλον μας, αν και πιο συχνά είναι απαρατήρητο με το μάτι. Παρά το γεγονός ότι είναι γνωστός για περισσότερα από 2.500 χρόνια, δεν έχει μελετηθεί πλήρως, καθώς η διερεύνησή του απαιτεί μια διεπιστημονική προσέγγιση. Πολλοί παράγοντες έχουν σταθεί εμπόδιο στη διεξοδική μελέτη του φαινομένου από την επιστημονική κοινότητα. Η παρουσία του φαινομένου σε όλα τα είδη υλικών - στερεά, αέρια και υγρά, ανεξαρτήτως αν είναι αγωγοί ή μονωτές - σε συνδυασμό με τις διαφορετικές επιστημονικές προσεγγίσεις στη μελέτη του, την ανεπαρκή θεωρητική βάση, την έλλειψη τυποποιημένου εξοπλισμού μέτρησης και τις διαφορές στις μεθόδους και συνθήκες μέτρησης, συνέβαλαν στο να κάνουν δύσκολη και πολύπλοκη την κατανόησή του. Ωστόσο, όλα άλλαξαν πριν από μία δεκαετία, καθώς το ενδιαφέρον για τον τριβοηλεκτρισμό αυξήθηκε μέσα από την προσπάθεια ανάπτυξης τριβοηλεκτρικών γεννητριών (ΤΕΓ). Αυτές οι συσκευές, που στοχεύουν στη συλλογή τριβοηλεκτρικής ενέργειας ή στη χρήση τους ως αυτοτροφοδοτούμενοι αισθητήρες, φάνηκαν πολλά υποσχόμενες για την αντικατάσταση των μπαταριών σε εφαρμογές χαμηλής κατανάλωσης. Έκτοτε, έχει αφιερωθεί σημαντική προσπάθεια στην έρευνα και ανάπτυξη των ΤΕΓ, οδηγώντας σε σχεδόν εκθετική αύξηση των δημοσιεύσεων και του ενδιαφέροντος από την επιστημονική κοινότητα. Καθώς o τριβοηλεκτρισμός συνδέεται άμεσα με την κίνηση, σύντομα έγινε αντιληπτό ότι θα μπορούσε να προσαρμοστεί σε εφαρμογές φορετών συσκευών. Σε αυτήν την κατεύθυνση, τα κλωστοϋφαντουργικά υλικά, τα οποία εξυπηρετούν τον άνθρωπο εδώ και χιλιάδες χρόνια, αναδείχθηκαν ως ένα πεδίο που θα μπορούσε να εμπλουτίσει τις φορετές ΤΕΓ, χάρη στις μοναδικές μηχανικές και φυσικές τους ιδιότητες. Το επακόλουθο αποτέλεσμα ήταν η εισαγωγή ΤΕΓ βασισμένων σε υφάσματα, οι οποίες μπορούν να συνδυάσουν τα μοναδικά πλεονεκτήματα των κλωστοϋφαντουργικών υλικών με αυτά μιας ΤΕΓ. Μέχρι σήμερα, ΤΕΓ με υφαντή ή πλεκτή δομή έχουν παρουσιαστεί περιστασιακά, προσφέροντας καλύτερες μηχανικές ιδιότητες σε σχέση με τις μεμβράνες ή τις στερεές δομές, όπως η ελαστικότητα, η αναπνευστικότητα και η ευκαμψία. Έτσι κλωστοϋφαντουργικά υλικά όπως ίνες πολλαπλών επιστρώσεων, επικαλυμμένα νήματα, αγώγιμα νήματα, νανοΐνες κ.α. έχουν χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή αυτόνομων ΤΕΓ. Επιπλέον τεχνολογίες όπως η κέντηση ή η ηλεκτροκλωστοποίηση έχουν χρησιμοποιηθεί επίσης για την ανάπτυξη κλωστοϋφαντουργικών ΤΕΓ. Αυτές οι προσπάθειες έχουν οδηγήσει στην πειραματική ανάπτυξη φορετών ΤΕΓ που μπορούν να προσαρτηθούν ως επιθέματα σε ρούχα ή ακόμα και σε παπούτσια. Οι παραγόμενες τάσεις έχουν αποδείξει την ικανότητά τους να τροφοδοτούν μικρής κατανάλωσης συσκευές όπως ρολόγια, υπολογιστές χειρός και διόδους εκπομπής φωτός (LED), ή έχουν χρησιμοποιηθεί για την ηλεκτρική αυτοτροφοδότηση αισθητήρων. Ωστόσο, αν και η κλωστοϋφαντουργική τεχνολογία είναι πολύ ώριμη και πλήρως ικανή να υποστηρίξει τη δημιουργία κλωστοϋφαντουργικών ΤΕΓ, η έρευνα για την πλήρη εκμετάλλευση της δυναμικής τους παραμένει ανεπαρκής. Συνεπώς, τα κίνητρα που έδωσαν το έναυσμα για αυτή τη διδακτορική διατριβή προέρχονται από τα ακόλουθα τέσσερα κενά που χαρακτηρίζουν τη συμμετοχή των κλωστοϋφαντουγικών υλικών και δομών στις ΤΕΓ. Πρώτον, η διεθνής βιβλιογραφία που αναφέρεται στη χρήση κλωστοϋφαντουγικών υλικών στις ΤΕΓ μέχρι σήμερα, περιορίζεται στην ανάπτυξη και επίδειξη μεμονωμένων περιπτώσεων ΤΕΓ που περιλαμβάνουν πολύ συγκεκριμμένα υλικά και λειτουργούν υπό πολύ συγκεκριμμένες συνθήκες ενεργοποίησης. Αντιθέτως, δεν έχει προταθεί κάποια ΤΕΓ ή μεθοδολογία που να μπορεί να μετρήσει και να συγκρίνει ευρέως δείγματα οποιουδήποτε υλικού, πάχους, επιφανειακής μορφολογίας, δομής, κλπ. Δεύτερον, στην πλειονότητα της διεθνούς βιβλιογραφίας, το τριβοηλεκτρικό φαινόμενο έχει μελετηθεί χρησιμοποιώντας μεθόδους που δεν αντικατοπτρίζουν ρεαλιστικά τις πραγματικές συνθήκες που συναντώνται σε εφαρμογές φορετών συστημάτων. Έτσι, χρησιμοποιείται σχεδόν πάντα η κάτακόρυφη κίνηση επαφής και διαχωρισμού των τριβοηλεκτρικών επιφανειών της ΤΕΓ, παρόλο που αυτή η λειτουργία δεν αντιπροσωπεύει τις πραγματικές συνθήκες χρήσης που συναντώνται στα φορετά συστήματα. Μάλιστα, πρέπει να αναφερθεί ότι, αν και η τριβή περιλαμβάνεται εξ ορισμού στον όρο του τριβοηλεκτρισμού, σε πολλές δημοσιεύσεις δεν λαμβάνεται υπόψη, καθώς εξετάζεται μόνο η κατακόρυφη επαφή και ο διαχωρισμός των τριβοηλεκτρικών επιφανειών. Επιπλέον, συχνά εφαρμόζονται υψηλές και μη ρεαλιστικές δυνάμεις επαφής (είτε χρησιμοποιώντας βιομηχανικούς γραμμικούς κινητήρες είτε χειροκίνητα) και υψηλές συχνότητες επαφής, ενώ η τριβή παραβλέπεται. Ως εκ τούτου, το τριβοηλεκτρικό φαινόμενο έπρεπε να προσεγγιστεί από μια πιο ρεαλιστική οπτική γωνία όσον αφορά τη χρήση του στα φορετά συστήματα. Τρίτον, η πλειονότητα της βιβλιογραφίας αναφέρει ΤΕΓ που ενσωματώνουν σύνθετα νανοϋλικά, μεμβράνες ή επιστρώσεις. Έτσι, η χρήση κλωστοϋφαντουγικών επιφανειών, που καταλαμβάνει ένα τεράστιο πεδίο τόσο ως προς τα υλικά όσο και ως προς τις δομές, δεν έχει εξεταστεί διεξοδικά. Αυτό είναι ιδιαίτερα αξιοσημείωτο, τη στιγμή που ένα από τα πιο γνωστά και απλά παραδείγματα του τριβοηλεκτρικού φαινομένου είναι η αφαίρεση μιας μπλούζας κατασκευασμένης από συμβατικά υλικά. Μόνο πρόσφατα και στο πλαίσιο της χρήσης βιώσιμων υλικών, λίγες είναι οι δημοσιεύσεις που έχουν μελετήσει τη χρήση βαμβακιού ή άλλων συνηθισμένων ινών για φορετές ΤΕΓ. Αντίθετα, η πλειοψηφία της έρευνας έχει επικεντρωθεί κυρίως σε προηγμένα υλικά που υπόκεινται σε εξειδικευμένες επεξεργασίες, επιστρώσεις, εμποτισμούς και τροποποιήσεις σε νανοκλίμακα. Τέταρτον είναι το γεγονός ότι όταν η διεθνής βιβλιογραφία παρουσιάζει κατασκευές ΤΕΓ που χρησιμοποιούν κλωστοϋφαντουργικές δομές, το σχέδιο της δομής (μοτίβο) επιλέγεται αυθαίρετα χωρίς να αναφέρονται κριτήρια. Συνήθως, αυτό περιλαμβάνει το απλό μοτίβο ύφανσης «plain», καθώς είναι το πιο απλό στην κατασκευή, ακόμη και χειροκίνητα, χωρίς την ανάγκη χρήσης εξεζητημένης μηχανής. Επομένως, λίγες μελέτες διαθέτουν την απαραίτητη τεχνογνωσία για την παραγωγή και μελέτη ποικίλων ή και πολύπλοκων πλεκτών ή υφαντών δομών. Συμπερασματικά, μετά από μια δεκαετία έρευνας και πολλές δημοσιεύσεις, τα παραπάνω τέσσερα σημεία έχουν δείξει ότι εξακολουθεί να υπάρχει ένα σημαντικό ερευνητικό κενό στην κατανόηση των δυνατοτήτων που μπορούν να προσφέρουν τα κλωστοϋφαντουργικά υλικά ή οι κλωστοϋφαντουργικές δομές σε μια ΤΕΓ. Προκύπτει ότι δεν υπάρχει καμία τυποποιημένη μεθοδολογία ή συσκευή ΤΕΓ που να ακολουθεί μια ρεαλιστική προσέγγιση για να μιμηθεί τις πραγματικές συνθήκες που συναντώνται στο πεδίο των φορετών συστημάτων. Επιπλέον, δεν υπάρχει καμία συσκευή ΤΕΓ που να παρέχει ευελιξία στην τοποθέτηση δοκιμίων των υπό εξέταση δειγμάτων, ώστε να επιτυγχάνονται οι υποκειμενικές και ακριβείς συγκρίσεις τους υπό τις ίδιες συνθήκες. Αυτό το γεγονός οδήγησε στον περαιτέρω σχεδιασμό και την ανάπτυξη της παρούσας μέτρητικής ΤΕΓ. Ο κύριος στόχος αυτής της διατριβής είναι να διερευνήσει τις δυνατότητες των κλωστοϋφαντουργικών δομών και υλικών για χρήση σε κλωστοϋφαντουργικές ΤΕΓ, μέσα από μια προσέγγιση που χαρακτηρίζεται από συνθήκες ρεαλιστικές, όπως αυτές που συναντώνται στα ενδύματα. Παράλληλα, αυτή η διατριβή στοχεύει να θέσει τις βάσεις για την εξερεύνηση των τριβοηλεκτρικών δυνατοτήτων συμβατικών κλωστοϋφαντουργικών υλικών και δομών, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία της ένδυσης. Τέλος, στοχεύει να παρουσιάσει μια μετρητική ΤΕΓ που σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε για να λειτουργεί ως ένα ευέλικτο εργαλείο για τη συγκριτική μελέτη διαφορετικών υλικών και δομών, διευρύνοντας έτσι το πεδίο της τριβοηλεκτρικής έρευνας.Η εισαγωγική ενότητα της διατριβής χωρίζεται σε τρεις υποενότητες. Η πρώτη εισάγει τον αναγνώστη στο φαινόμενο του τριβοηλεκτρισμού, συμπεριλαμβανομένου του ορισμού, των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων, της σχέσης του με τη συγκομιδή ενέργειας, των δυσκολιών μελέτης και των επικαιροποιημένων θεωριών εξήγησης. Η δεύτερη υποενότητα συζητά τον ορισμό, τις αρχές λειτουργίας, τις δομικές κατηγορίες και τις παραμέτρους που επηρεάζουν τις ΤΕΓ. Η τρίτη υποενότητα είναι αφιερωμένη στις κλωστοϋφαντουργικές ΤΕΓ. Συζητά τη χρήση κλωστοϋφαντουργικών υλικών στο χώρο των ηλεκτρονικών και των ΤΕΓ, τα υλικά και τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται, καθώς και τα τρέχοντα κενά στην έρευνα που βασίζεται σε κλωστοϋφαντουργικά υλικά. Επιπλέον, αναλύεται η τριβοηλεκτρική κίνηση που προτείνεται εδώ καθώς και οι κύριοι στόχοι.Η ενότητα μεθοδολογίας χωρίζεται σε δύο υποενότητες. Η πρώτη είναι αφιερωμένη στη μεθοδολογία που αναπτύχθηκε και χρησιμοποιήθηκε σε αυτή την έρευνα. Αναλύονται η αρχή λειτουργίας και τα πλεονεκτήματα της αναπτυγμένης μετρητικής ΤΕΓ. Η πορεία ανάπτυξης της παρούσας πρωτοπόρου μεθοδολογίας εμπνεύστηκε και ξεκίνησε από την κίνηση ενός ανθρώπου που περπατά ή τρέχει φορώντας ένα ένδυμα που θα μπορούσε ενα φέρει ενσωματωμένη μια κλωστοϋφαντουργική ΤΕΓ. Αφού αναλύθηκε η κίνησή του, παρατηρήθηκε ότι αυτή περιλαμβάνει την επαφή και την τριβή των δύο τριβοηλεκτρικών επιφανειών. Κατόπιν, σχεδιάστηκε μια μετρητική ΤΕΓ για να μιμηθεί αυτή την κίνηση ρεαλιστικά, όπως θα γινόταν αν οι δύο τριβοηλεκτρικές επιφάνειες της ΤΕΓ ήταν ενσωματωμένες στο κινούμενο μέρος ενός ενδύματος το οποίο φοράει ένας άνθρωπος που κινείται. Η δεύτερη υποενότητα εστιάζει στην αναλυτική παρουσίαση των βημάτων ανάπτυξης που έγιναν για την κατασκευή της μετρητικής ΤΕΓ. Αυτά περιλαμβάνουν λεπτομερείς περιγραφές των μηχανικών και ηλεκτρονικών μερών της. Τέλος παρουσιάζονται η διαδικασία μέτρησης και ο παρατηρήσεις για ορθή χρήση της ΤΕΓ. Η πειραματική ενότητα περιλαμβάνει μια σειρά από μελέτες που πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο αυτής της διατριβής, καθεμία από τις οποίες δημοσιεύθηκε ως ερευνητικό άρθρο σε περιοδικό ή παρουσιάστηκε σε συνέδριο. Οι υποενότητές της παρέχουν μια λεπτομερή ανάλυση του στόχου, των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν, της μεθοδολογίας μέτρησης που εφαρμόστηκε, των αποτελεσμάτων που προέκυψαν και των συμπερασμάτων που εξήχθησαν από κάθε μελέτη. Οι μελέτες περιλαμβάνουν τη σύγκριση των παραγόμενων τριβοηλεκτρικών τάσεων από κλωστοϋφαντουργικά δείγματα που κατασκευάστηκαν από διαφορετικά υλικά αλλά με το ίδιο σχέδιο πλέξης, τη σύγκριση κλωστοϋφαντουργικών δειγμάτων κατασκευασμένων από το ίδιο υλικό αλλά με διαφορετικά σχέδια ύφανσης, και τη σύγκριση του μεγέθους των επιφανειών επαφής ως προς τις παραγόμενες τριβοηλεκτρικές τάσεις. Μια άλλη μελέτη περιλαμβάνει τη σύγκριση των παραγόμενων τριβοηλεκτρικών τάσεων μεταξύ της επιλογής ομοιογενών ή ετερογενών υλικών για χρήση σε κλωστοϋφαντουργικές ΤΕΓ, δείχνοντας ότι οι τριβοηλεκτρικές τους επιφάνειες δεν χρειάζεται απαραίτητα να αποτελούνται από διαφορετικά υλικά, όπως φαίνεται στη πλειοψηφία των ερευνητικών άρθρων που περιλαμβάνουν τη χρήση πολυμερών. Επιπλέον, μελετήθηκε η σημαντική επίδραση της ατμοσφαιρικής υγρασίας στις παραγόμενες τριβοηλεκτρικές τάσεις των κλωστοϋφαντουργικών ΤΕΓ χρησιμοποιώντας το μέγεθος της απόλυτης υγρασίας. Αυτή χρησιμοποιήθηκε επιτυχώς για τη σύνδεση των παραμέτρων σχετικής υγρασίας και θερμοκρασίας, και τη συσχέτισή τους με την τριβοηλεκτρική απόδοση της ΤΕΓ. Επιπλέον, για πρώτη φορά, το εμπορικό δέρμα εισήχθη ως νέο υλικό για ΤΕΓ ενσωματωμένες σε ενδύματα. Τα ευρήματα δείχνουν ότι το δέρμα παρουσιάζει σημαντικές εξερχόμενες τάσεις σε σύγκριση με άλλα φυσικά υλικά που έχουν μελετηθεί στο παρελθόν, υποδεικνύοντας ότι θα μπορούσε να αποτελέσει ένα βιώσιμο υλικό για την ενίσχυση της απόδοσης των φορετών ΤΕΓ. Παράλληλα, πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTFE) χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά σε ινώδη μορφή για την κατασκευή μιας πλεκτής ΤΕΓ. Πρέπει να αναφερθεί ότι το PTFE, είναι ένα από τα πιο δημοφιλή και αποδοτικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε ΤΕΓ, αλλά έχει χρησιμοποιηθεί σε σχετικές δημοσιεύσεις μόνο σε μορφή φιλμ, ως επικάλυψη ή ως εσωτερική στρώση σε κλωστοϋφαντουργικά υλικά, αποτελώντας έτσι διαφορετικό σώμα. Τέλος, τα συμπεράσματα και οι προτεινόμενοι τομείς για περαιτέρω έρευνα παρουσιάζονται στην τελευταία ενότητα της διατριβής. Θα ήταν πολύτιμο να παραχθούν δείγματα υφασμάτων βασισμένα σε διαφορετικά σχέδια πλέξης, ύφανσης ή ακόμα και μη-υφαντών για την ταυτοποίηση των βέλτιστων δομών υφασμάτων για χρήση στις κλωστοϋφαντουργικές ΤΕΓ. Ιδιαίτερα όσον αφορά στα παρα-αραμιδικά και PTFE υλικά, το γεγονός ότι έχουν εξαιρετική δυναμική για χρήση σε κλωστοϋφαντουργικές ΤΕΓ, χρήζουν περαιτέρω έρευνας. Επιπλέον, το δέρμα είναι ένα υποσχόμενο υλικό με ελκυστική αισθητική, και με τις τριβοηλεκτρικές τάσεις που παρουσιάζονται στην παρούσα διατριβή να αποτελούν την αρχή της μελέτης του. Τέλος, μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να περιλαμβάνει την αξιολόγηση της απόδοσης των υφασμάτων της κλωστοϋφαντουργικής ΤΕΓ υπό ηλεκτρικά φορτία ή την εξέταση της απόδοσης υφασμάτων με διαφορετικά πάχη. Πρέπει να σημειωθεί ότι πριν από την έναρξη αυτής της διδακτορικής μελέτης, προηγήθηκαν Μεταπτυχιακές σπουδές με τίτλο «Ηλεκτρικές και Ηλεκτρονικές Επιστήμες μέσω Έρευνας» στον ίδιο πεδίο. Έτσι, υπήρχε ήδη μια αρχική γνωριμία και εξοικείωση με το ερευνητικό αντικείμενο. Επιπλέον, θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτή η διδακτορική μελέτη υποστηρίχθηκε από το Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής. [ΕΛΚΕ, Ειδικός Λογαριασμός Κονδυλίων Έρευνας, 80993/71311].