We report on the fabrication and photoelectrochemical (PEC) properties of a ZnO nanorod array structure as an efficient photoelectrode for hydrogen production from sunlight-driven water splitting. Vertically aligned ZnO nanorods were grown on an indium-tin-oxide-coated glass substrate via seed-mediated hydrothermal synthesis method with the use of a ZnO nanoparticle seed layer, which was formed by thermally oxidizing a sputtered Zn metal thin film. The structural and morphological properties of the synthesized ZnO nanorods were examined using X-ray diffraction and scanning electron microscopy, as well as Raman scattering. The PEC properties of the fabricated ZnO nanorod photoelectrode were evaluated by photocurrent conversion efficiency measurements under white light illumination. From the observed PEC current density versus voltage (J-V) behavior, the vertically aligned ZnO nanorod photoelectrode was found to exhibit a negligible dark current and high photocurrent density, e.g., $0.65mA/cm^2$ at 0.8 V vs Ag/AgCl in a 1 mM $Na_2SO_4$ electrolyte. In particular, a significant PEC performance was observed even at an applied bias of 0 V vs Ag/AgCl, which made the device self-powered.
The interdisciplinary research area of small scale energy harvesting has attracted tremendous interests in the past decades, with a goal of ultimately realizing self-powered electronic systems. Among the various available ambient energy sources which can be converted into electricity, wind energy is a most promising and ubiquitous source in both outdoor and indoor environments. Significant research outcomes have been produced on small scale wind energy harvesting in the literature, mostly based on piezoelectric conversion. Especially, modeling methods of wind energy harvesting techniques plays a greatly important role in accurate performance evaluations as well as efficient parameter optimizations. The purpose of this paper is to present a guideline on the modeling methods of small-scale wind energy harvesters. The mechanisms and characteristics of different types of aeroelastic instabilities are presented first, including the vortex-induced vibration, galloping, flutter, wake galloping and turbulence-induced vibration. Next, the modeling methods are reviewed in detail, which are classified into three categories: the mathematical modeling method, the equivalent circuit modeling method, and the computational fluid dynamics (CFD) method. This paper aims to provide useful guidance to researchers from various disciplines when they want to develop and model a multi-way coupled wind piezoelectric energy harvester.
A flexible piezoelectric energy harvester(f-PEH) that converts tiny mechanical and vibrational energy resources into electric signals without any restraints is drawing attention as a self-powered source to operate flexible electronic systems. In particular, the nanocomposites-based f-PEHs fabricated by a simple and low-cost spin-coating method show a mechanically stable and high output performance compared to only piezoelectric polymers or perovskite thin films. Here, the non-piezoelectric polymer matrix of the nanocomposite-based f-PEH is replaced by a P(VDF-TrFE) piezoelectric polymer to improve the output performance generated from the f-PEH. The piezoelectric hybrid nanocomposite is produced by distributing the perovskite PZT nanoparticles inside the piezoelectric elastomer; subsequently, the piezoelectric hybrid material is spin-coated onto a thin metal substrate to achieve a nanocomposite-based f-PEH. A fabricated energy device after a two-step poling process shows a maximum output voltage of 9.4 V and a current of 160 nA under repeated mechanical bending. Finite element analysis(FEA) simulation results support the experimental results.
A flexible polyvinylidene fluoride (PVDF)/polydimethylsiloxane (PDMS) composite prototype with high piezoelectricity and force sensitivity was constructed, and its huge potential for applications such as biomechanical energy harvesting, self-powered health monitoring system, and pressure sensors was proved. The crystallization, piezoelectric, and electrical properties of the composites were characterized using an X-ray diffraction (XRD) experiment and customized experimental setups. The composite can sustain up to 100% strain, which is a huge improvement over monolithic PVDF fibers and other PVDF-based composites in the literature. The Young's modulus is 1.64 MPa, which is closely matched with the flexibility of the human skin, and shows the possibility for integrating PVDF/PDMS composites into wearable devices and implantable medical devices. The $300{\mu}m$ thick composite has a 14% volume fraction of PVDF fibers and produces high piezoelectricity with piezoelectric charge constants $d_{31}=19pC/N$ and $d_{33}=34pC/N$, and piezoelectric voltage constants $g_{31}=33.9mV/N$ and $g_{33}=61.2mV/N$. Under a 10 Hz actuation, the output voltage was measured at 190 mVpp, which is the largest output signal generated from a PVDF fiber-based prototype.
In this work, we performed an optical simulation study on the performance of a PMDPP3T:PCBM based on an organic photovoltaic (PV) device. The virtual PV device was developed in Lumerical, finite-difference time-domain (FDTD) solutions. Different layers of the PV cell have been defined through the incorporation of complex refractive index value of those layers' constituent materials. During the simulation study, the effect of the variation active layer thickness on an ideal short circuit current density ($J_{sc,ideal}$) of the PV cell has been, first, observed. Thereafter, we have investigated the impact of surface roughness of a transparent conducting oxide (TCO) electrode on $J_{sc,ideal}$ of the PV cells. From this simulation, it has been observed that the $J_{sc,ideal}$ value of the PV cell is strongly dependent on the thickness of its active layer and the photon absorption of the PV cell has gradually decreased with the increment of the TCO's surface roughness. As a result, the capability of the PV device has been reduced with the increment of the surface roughness of the TCO.
Triboelectric nanogenerators (TENGs), a new green energy, that have various potential applications, such as energy harvesters and self-powered sensors. The output performance of TENGs has been improving rapidly, and their output power significantly increased since they were first reported owing to improved triboelectrification materials and interfacial material engineering. Because the operation of a TENG is based on contact electrification in which electric charges are exchanged at the interface between two materials, its output can be increased by increasing the contact area and charge density. Material surface modification with microstructures or nanostructures has increased the output performance of TENGs significantly because not only does the sharp micro/nano morphology increases the contact area during friction, but it also increases the charge density. Chemical treatment in which ions or functional groups are added has also been used to improve the performance of TENGS by modifying the work functions, charge densities, and dielectric constants of the triboelectric materials. In addition, ultrahigh output power from TENGs without using new materials or treatments has been obtained in many studies in which special structures were designed to control the current release or to collect the charge current directly. In this review, we discuss physical and chemical treatments, bulk modifications, and interfacial engineering for enhancing TENG performance by improving contact electrification and electrostatic induction.
Saghafi, Mahdi;Ayyoubzadeh, Seyed Mohsen;Terman, Mohammad Sadegh
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.12
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pp.2852-2859
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2020
This paper deals with the simulation-based design optimization and experimental validation of the characteristics of an in-core silver Self-Powered Neutron Detector (SPND). Optimized dimensions of the SPND are determined by combining Monte Carlo simulations and analytical methods. As a first step, the Monte Carlo transport code MCNPX is used to follow the trajectory and fate of the neutrons emitted from an external source. This simulation is able to seamlessly integrate various phenomena, including neutron slowing-down and shielding effects. Then, the expected number of beta particles and their energy spectrum following a neutron capture reaction in the silver emitter are fetched from the TENDEL database using the JANIS software interface and integrated with the data from the first step to yield the origin and spectrum of the source electrons. Eventually, the MCNPX transport code is used for the Monte Carlo calculation of the ballistic current of beta particles in the various regions of the SPND. Then, the output current and the maximum insulator thickness to avoid breakdown are determined. The optimum design of the SPND is then manufactured and experimental tests are conducted. The calculated design parameters of this detector have been found in good agreement with the obtained experimental results.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.22
no.11
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pp.241-247
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2022
Ad hoc network is self-organized network powered by battery. The reliability of virtual user identification and channel security are reduced when SNR is low due to limited user energy. In order to solve this problem, a joint virtual user identification and channel security en/decoding method is proposed in this paper. Transmitter-receiver-based virtual user identification code is generated by executing XOR operation between orthogonal address code of transmitter and pseudo random address code of receiver and encrypted by channel security code to acquire orthogonal random security sequence so as to improve channel security. In order to spread spectrum as well as improve transmission efficiency, data packet is divided into 6-bit symbols, each symbol is mapped with an orthogonal random security sequence. Subspace-based method is adopted by receiver to process received signal firstly, and then a judgment model is established to identify virtual users according to the previous processing results. Simulation results indicate that the proposed method obtains 1.6dB Eb/N0 gains compared with reference methods when miss alarm rate reaches 10-3.
Cables are indispensable in nuclear power plants for transmitting data measured by various types of detectors, such as self-powered neutron detectors (SPNDs). These cables will generate disturbing signals that must be accurately distinguished and eliminated. Given that the cable current is not very significant, previous research has focused on SPND, with little attention paid to cable evaluation and validation. This paper specifically focuses on the quantitative analysis of cables and proposes a theoretical model to predict cable noise. In this model, the reaction characteristics between irradiated neutrons and cables were discussed thoroughly. Based on the Monte Carlo method, a comprehensive simulation approach of neutron sensitivity was introduced and long-term irradiation experiments in a heavy water reactor (HWR) were designed to verify this model. The theoretical results of this method agree quite well with the experimental measurements, proving that the model is reliable and exhibits excellent accuracy. The experimental data also show that the cable current accounts for approximately 0.2% of the total current at the initial moment, but as the detector gradually depletes, it will contribute more than 2%, making it a non-negligible proportion of the total signal current.
Using a RF cylindrical magnetron operated with two electromagnets having a Helmholz configuration, RF magnetron plasma properties and characteristics of reactive ion ething of Si were investigated as a function of applied magnetic field strengths using 3mTorr $CF_4/H_2$ and $CHF_3$. Also, I-V characteristics of Schottky diodes, which were made of silicons etched under different applied magnetic field strengths and gas environments, were measured to investigate the degree of radiation damage during the reactive ion etching. As the magnetic field strent;th increased, ion densities and radical densities of the plasmas were increased linearly, however, the dc self-bias voltages induced on the powered electrode, where the specimen are located, were decreased exponentially. Maximum etch rates, which were 5 times faster than that etched without applied magnetic filed, were obtained using near lOOGauss, and, under these conditions, little or no radiation damages on the etched silicons were found.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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