Abstract The synthesis of zeolite nanoparticles is studied comprehensively by adding an organic template as a reflux method, extracted from crystals. The zeolite nano-crystals are quite effectively synthesized by incorporating silica, organic template, and alkali metal. The tetrapropylammoniumhydroxide, tetrapropylammoniumbromide and tetraethyl orthosilicate (TEOS) as organic templates are added for the assistance of zeolite (albite) crystals. A cross-linker TEOS is also mixed. Adding carbon nanotubes and graphene oxide made the morphology of albite more interesting. Nucleation time is an important feature for the formation of albite crystals. The albite nano-shaped crystal is developed for instance when reaction time is less than 240 h, after this period crystal size increases with time. Batch 1 of zeolite is prepared with additives for testing its morphology, like surface area, particle size shape, and crystal geometry. The general trend ( e.g. , pore volume, percentage composition, particle size, geometry) of zeolite nano-crystal is explained by the help of robust techniques such as Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, Brunauer–Emmett–Teller, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and scanning electron microscopy.

Abstract Electrode materials comprising SnO 2 quantum dots embedded within ZnO hexagonal prisms were successfully synthesized for building cost-effective energy-storage devices. Extensive structural and functional characterizations were performed to assess the electrochemical performance of the electrodes. SEM–EDS results confirm a uniform distribution of SnO 2 quantum dots across ZnO. The integration of SnO 2 quantum dots with ZnO hexagonal prisms markedly improved the electrochemical behavior. The analysis of electrode functionality conducted in a 3 M KOH electrolyte revealed specific capacitances of 949.26 and 700.68 F g⁻ 1 for SnO 2 @ZnO and ZnO electrodes, respectively, under a current density of 2 A g⁻ 1 . After undergoing 5,000 cycles at a current density of 15 A g⁻ 1 , the SnO 2 @ZnO and ZnO electrodes displayed impressive cycling stability, maintaining specific capacitance retention rates of 89.9 and 92.2%, respectively. Additionally, a symmetric supercapacitor (SSC) device constructed using the SnO 2 @ZnO electrode showcased exceptional performance, exhibiting a specific capacitance of 83 F g⁻ 1 at 1.2 A g⁻ 1 . Impressive power and energy densities were achieved by the device, with values reaching 2,808 and 70.2 W kg⁻ 1 , respectively. Notably, the SnO 2 @ZnO SSC device maintained a capacity preservation of 75% throughout 5,000 galvanostatic charge–discharge sequences. The outcomes highlight the potential of SnO 2 @ZnO hexagonal prisms as candidates for energy-storage applications, offering scalability and cost-effectiveness. The proposed approach enhances the electrochemical performance while ensuring affordability, facilitating the creation of effective and financially feasible energy storage solutions.

Abstract The Ni 1− x Cu x Fe 2 O 4 (where x = 0, 0.05, 0.10, 0.15) nano ferrite powder was synthesized through chemical co-precipitation method, NaOH and acid oleic as raw materials. The XRD patterns confirmed the spinal structure phase purity of materials. XRD results showed that lattice parameter decreases with the increase of copper concentration by increasing copper concentration in the parent material. Scanning electron microscopy (SEM) was used to determine the morphology and particle size. SEM analysis indicated that all the samples are in nano size and homogeneous. AC electrical properties of nanoparticles were investigated by employing impedance spectroscopy. The real and the imaginary parts of impedance, permittivity, modulus along with the real part of ac conductivity, and tan delta were measured and analyzed for all synthesized samples in 1 Hz to 7 MHz for different voltages at 300 K.

Abstract High voltage (HV) outdoor insulators are subjected to both electrical and environmental stresses, which may lead to their failure. Among the causes, corona discharge, humidity and UV radiation are considered to be the most damaging factors. Efforts are therefore underway to investigate new materials for improving the performance of insulating systems. In this research work, silicone-based room temperature vulcanized samples filled with alumina trihydrate (ATH), silicon dioxide and magnesium hydroxide (MH) were prepared and exposed to AC corona discharge for a duration of 110 h. The electric discharge was also accompanied by UV radiation and two different humidity levels. Following aging of the test samples, diagnosis was conducted to assess their integrity. Measurements based on determining the static contact angle demonstrated the loss of hydrophobicity of all the materials, while hydrophobicity recovery phenomena revealed that ATH-doped materials demonstrated a comparatively higher increase in the contact angle than in samples filled with silicone dioxide (silica) and MH. Scanning electron microscopy analysis revealed deep cracks and block-like structures on their surfaces. Similarly, energy-dispersive X-ray analysis indicated the signs of surface oxidation of the aged samples. However, the data of elemental composition exhibited the loss of filler contents as well as that of carbon from the base matrix. The overall assessment showed that resistance to suppress aging is influenced by both the filler type and its concentration in the investigated composites. The ATH-filled composites exhibited outstanding performance when exposed to the rigors of corona discharge and other environmental stresses. This research contributes to materials science and HV engineering by addressing the development of composites for enhanced insulator performance, with future aspects lying in the utilization of nano-composites for advanced functionality and durability.

The research on the rotational triboelectric nanogenerators (R-TENGs) is actively conducted by numerous groups, but its friction-based operation mechanism makes it challenging to simultaneously ensure electrical performance (including output voltage and power) and mechanical performance (such as stability and durability). In this study, a physically intelligent Hidden regulator-assisted design-based R-TENG (HR-TENG) is developed based on the self-adaptive mechanical kinetic design. The relationships between engaged forces and the output performance of R-TENG are investigated, and the normal force acting on the contact interface is unveiled as a hidden core of the output performance of R-TENG. Here, HR-TENG traces the optimal working conditions in real-time according to input energy conditions by itself with spontaneously adjusted friction by controlling the normal force with mechanically self-adjustable components. HR-TENG can be operated in a wide range of conditions of input energy source, and exhibit self-adaptive electrical performance while maintaining mechanical performance depending on the input energy conditions without human intervention. The behaviors of the mechanically self-adjustable components depending on the operation of HR-TENG are analyzed theoretically and experimentally based on kinetic dynamics, and the effect of the normal force on the electrical and mechanical output performances is investigated. The average coefficient of inner friction of HR-TENG is 0.27, and the maximum output voltage and peak power are 254 V and 0.726 mW, respectively. As a proof-of-concept demonstration, the electrical output of HR-TENG under a wide range of input wind conditions (wind speed of 4–22 m/s) is investigated, and the real-time tracing ability of HR-TENG to the optimal working conditions in the continuously changing wind environment is analyzed. The kinetic design of HR-TENG with the hidden regulator (normal force), which affects multiple direct factors of electrical and mechanical performances, can be introduced to various R-TENGs as a key strategy, and thus, it can be expected to serve as a design guideline for futuristic physical intelligence-assisted smart energy harvesters.

In order to create green nanocoatings with high fire resistance, titanium dioxide (TiO2), montmorillonite (MMT), and poly(acrylic acid) (PAA) are used as the flame-retardant (FR) system that is prepared by the layer-by-layer self-assembly technique. The thermal behaviors and FR performance of the coated fabrics and polyurethane foam (PUF) are determined by thermal gravimetric analysis, vertical/horizontal flame tests, and a cone calorimeter. The effect of layering polymers between metallic nanoparticles (NPs) and clay sheets on growth behavior and flame retardancy is investigated. The assembly of a TiO2/PAA/MMT trilayer (TL) system, incorporating a polyelectrolyte layer between the inorganic layers, results in a significantly thicker and heavier coating. This could be attributed to the infiltration of PAA chains into the interstitial spaces of the clay sheets and TiO2 NPs, which also introduce additional interactive sites. The addition of polymers in the multilayered composites greatly improves FR properties. Cone calorimeter analysis demonstrates that a 10 TL TiO2/PAA/MMT nanocomposite, approximately 160 nm in thickness, applied to PUF, completely suppresses the second peak heat release rate and enhances other fire-retardant properties relative to the TiO2/MMT system. The markedly enhanced flame retardancy observed in the TiO2/PAA/MMT system is attributed to the increased char yield facilitated by the incorporation of PAA. The addition of polymer layers promotes the deposition of a greater quantity of clay and TiO2 NPs while maintaining a tightly packed nanobrick wall structure.