Graphene-based wearable textile-triboelectric nanogenerators and biokinetic sensors [Nanogeneratori triboelettrici tessili indossabili a base di grafene e sensori biocinetici]

This thesis focuses on the development of graphene-based textile-triboelectric nanogenerators (T-TENGs) for wearable energy harvesting and motion sensing applications. A novel approach for synthesising graphene ink via liquid-phase exfoliation (LPE) was established, enabling high-yield production with enhanced dispersion stability. This method offers a cost-effective and scalable route for fabricating high-quality graphene suitable for flexible electronics. To integrate graphene into wearable textiles, a spray-coating technique was optimised, employing a polyvinyl alcohol (PVA) adhesive layer to achieve uniform and durable electrode deposition. The resulting graphene-based textile electrodes demonstrated excellent electrical conductivity, flexibility, and mechanical resilience, ensuring their suitability for wearable applications. The developed graphene/PVA textile electrodes were incorporated into T-TENGs, which exhibited efficient energy conversion under mechanical stimuli. These devices showed strong responsiveness to external forces, highlighting their potential for self-powered sensors and energy-harvesting applications. The findings contribute to the advancement of flexible and sustainable electronics, addressing key challenges in scalability, durability, and performance stability.

Questa tesi si concentra sullo sviluppo di nanogeneratori triboelettrici tessili a base di grafene (T-TENG) per la raccolta di energia indossabile e il rilevamento del movimento. È stato sviluppato un nuovo approccio per la sintesi di inchiostro di grafene tramite esfoliazione in fase liquida (LPE), consentendo una produzione ad alto rendimento con una stabilità di dispersione migliorata. Questo metodo offre una soluzione scalabile ed economicamente vantaggiosa per la fabbricazione di grafene di alta qualità adatto all'elettronica flessibile. Per integrare il grafene nei tessuti indossabili, è stata ottimizzata una tecnica di spray-coating, utilizzando uno strato adesivo di alcool polivinilico (PVA) per ottenere una deposizione uniforme e durevole degli elettrodi. Gli elettrodi tessili a base di grafene risultanti hanno dimostrato un’eccellente conducibilità elettrica, flessibilità e resistenza meccanica, garantendo la loro idoneità per applicazioni indossabili. Gli elettrodi tessili in grafene/PVA sviluppati sono stati incorporati nei T-TENG, che hanno mostrato un'efficiente conversione dell'energia sotto stimoli meccanici. Questi dispositivi hanno evidenziato un'elevata sensibilità alle forze esterne, dimostrando il loro potenziale per sensori autoalimentati e applicazioni di raccolta energetica. I risultati ottenuti contribuiscono all'avanzamento dell'elettronica flessibile e sostenibile, affrontando le principali sfide legate alla scalabilità, durabilità e stabilità delle prestazioni.