Modellazione di una antenna a spirale per energy harvesting e analisi effetto Seebeck

The thesis presents a study on the modeling and analysis of a spiral antenna for energy harvesting, with a particular focus on the Seebeck effect and the potential use of graphene to improve it. The work was structured to provide a complete overview of the energy harvesting context and spiral antennas, including the modeling techniques used based on the finite element method. Then the results of the simulations carried out using COMSOL Multiphysics and MATLAB software (for post-processing data processing), were presented with particular attention to the analyses conducted in the visible and near-infrared spectra. The aim was to analyze the effect of antenna size and different materials used on overall efficiency. The thesis also deepen the understanding of how the Seebeck effect can be used for sustainable energy production, by analyzing the interaction between electromagnetic and thermal physics. In particular, we sought to understand how the Seebeck effect can be exploited for the direct conversion of thermal energy into electrical energy, a topic of great interest in the search for renewable energy sources. Finally, particular attention was dedicated to the potential use of multilayer graphene as a material to improve the Seebeck effect, as it presents exceptional thermal and electrical properties.

La tesi presenta uno studio sulla modellazione e l'analisi di un'antenna a spirale per l'energy harvesting, con un focus particolare sull'effetto Seebeck e sul potenziale utilizzo del grafene per migliorarlo. Il lavoro è stato strutturato in modo da fornire una panoramica completa sul contesto dell'energy harvesting e sulle antenne a spirale, considerando anche le tecniche di modellazione utilizzate basate sul metodo degli elementi finiti. Successivamente, sono stati presentati i risultati delle simulazioni svolte utilizzando il software COMSOL Multiphysics e MATLAB (per l'elaborazione dei dati in fase di post-processing), con particolare attenzione alle analisi condotte nello spettro del visibile e del vicino infrarosso. L'obiettivo è stato quello di analizzare l'effetto delle dimensioni dell'antenna e dei diversi materiali utilizzati sulla efficienza complessiva. La tesi ha inoltre approfondito la comprensione di come l'effetto Seebeck possa essere utilizzato per la produzione di energia sostenibile, analizzando l'interazione tra le fisiche elettromagnetiche e termiche. In particolare, si è cercato di comprendere come l'effetto Seebeck possa essere sfruttato per la conversione diretta dell'energia termica in energia elettrica, una tematica di grande interesse per la ricerca di fonti di energia rinnovabile. Infine, si è dedicata particolare attenzione al potenziale utilizzo del grafene multistrato come materiale per migliorare l'effetto Seebeck, in quanto presenta proprietà termiche ed elettriche eccezionali.