Přístupnostní navigace
E-application
Search Search Close
Doctoral Thesis
Author of thesis: Shidhin Mappoli, Ph.D.
Acad. year: 2025/2026
Supervisor: prof. RNDr. Martin Pumera, Ph.D.
Reviewers: doc. Ing. Štěpán Kment, Ph.D., Dr. Jose Maria Muñoz Martin
Recent advances in materials science and nanoscience are reshaping sustainable technologies through innovative materials and novel device architectures. However, key challenges remain in translating these advances into practical device applications. To address this, this thesis focuses on the design and integration of multifunctional nanomaterials into advanced devices for energy harvesting, energy storage, and electromagnetic interference (EMI) shielding. The first section of this thesis mainly explores energy harvesting through triboelectric nanogenerators (TENGs) for self-powered applications. We first explored multi-material three-dimensional (3D) printing for the one-step fabrication of TENGs for mechanical-to-electrical energy conversion. These TENGs are further utilised as smart floor tiles that simultaneously harvest energy from footsteps while operating as a real-time motion/security monitoring device. Furthermore, we investigated the Ti2AlC MAX (M=Ti, A=Al, X=C) phase to fabricate a MAX-polymer composite electrode for TENG. This TENG is then integrated with an electrochemical nitrate reduction system that can harness the wasted low-frequency vibrational energy for green ammonia production. This electrode exhibits enhanced performance compared to the pristine polymer-based TENG. This demonstrates the application of tactile sensors and a self-powered energy source at ambient conditions. The second section of this thesis explores the energy storage system, with a focus on supercapacitor technologies. We explored a scalable and cost-effective fused deposition modelling (FDM) 3D-printing technique for fabricating a supercapacitor electrode. To overcome the high polymer content that affects the electrochemical activity of carbon nanomaterials, we modified the electrode surface using the deposition of two-dimensional (2D) materials. We utilised a tungsten disulfide-modified 3D-printed carbon electrode as the supercapacitor electrode, demonstrating enhanced charge storage in 3D-printed solid-state supercapacitors. Furthermore, we investigated an MXene and polyaniline (PANI) modified 3D-printed electrode to fabricate an asymmetric supercapacitor, which expanded the operating voltage window and energy density to power small electronic components in a standalone configuration. The third section explores EMI shielding using 3D-printed nanocarbon composites. The shielding effectiveness of conductive fillers, such as carbon nanotubes (CNTs) and carbon black (CB), was systematically compared. The shielding capabilities of these 3D-printed nanocarbon composites are further enhanced by the electrochemical deposition of PANI. These findings highlight the potential of PANI@3D-printed composites as sustainable alternatives to conventional metal-based shields. Collectively, this thesis demonstrates that novel and multifunctional nanomaterials can be rationally engineered to enable next-generation, high-performance energy devices. These are achieved through the integration of various techniques, including electrochemical synthesis and additive manufacturing, which enable control over interfacial functionality. Together, these advances in energy harvesting, storage, and EMI shielding push us one step closer to building advanced self-sustaining systems.
Triboelectric nanogenerator; Multifunctional nanomaterials; Additive manufacturing; Electrochemistry; Supercapacitors; Energy harvesting; Energy storage; Electromagnetic interference shielding; Self-powered systems; Sustainable electronics
Date of defence
23.06.2026
Result of the defence
Defended (thesis was successfully defended)
Process of defence
Disertační práce pana Mappoliho se zabývá vývojem multifunkčních nanomateriálů připravovaných pomocí 3D tisku pro získávání a ukládání energie a stínění elektromagnetického rušení. Zaměřuje se na triboelektrické nanogenerátory, superkondenzátory a nanouhlíkové kompozity s potenciálním využitím v moderní elektronice, nositelných zařízeních a systémech internetu věcí. Téma disertační práce je vysoce aktuální a vědecky významné. Integrace technologií pro získávání energie (energy harvesting), její ukládání a stínění elektromagnetického rušení (EMI) představuje jednu z klíčových výzev současné materiálové vědy a nanotechnologií, zejména v souvislosti s rozvojem udržitelné elektroniky, IoT zařízení a nositelné elektroniky. Zaměření práce na multifunkční nanomateriály v kombinaci s aditivní výrobou (3D tiskem) odpovídá současným světovým trendům výzkumu a reaguje na aktuální technologické potřeby. Zvolené téma je proto nejen velmi aktuální, ale také strategicky odpovídá globálním výzkumným prioritám v oblasti energetiky a materiálových věd. Všechny stanovené cíle disertační práce byly splněny. V některých oblastech, zejména v integraci více funkčních vlastností do jednoho materiálového systému, dosažené výsledky původně stanovené cíle dokonce překračují. Disertační práce obsahuje původní vědecké výsledky, z nichž řada již byla publikována nebo je v současné době v recenzním řízení v odborných vědeckých časopisech. Pan Mappoli prokázal výborné znalosti a orientaci ve zkoumané oblasti. Na dotazy členů komise odpověděl bez váhání a přesvědčil, že je schopen samostatně pracovat na vysoké vědecké úrovni.
Language of thesis
English
Faculty
Středoevropský technologický institut VUT
Department
Central European Institute of Technology BUT
Study programme
Advanced Materials and Nanosciences (CEITEC-AMN-CZ-P)
Composition of Committee
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (předseda) doc. RNDr. Ondřej Zítka, Ph.D. (místopředseda) Xiaohui Ju, Ph.D. (člen) Dr. Jose Maria Muñoz Martin (člen) doc. Ing. Štěpán Kment, Ph.D. (člen)
Supervisor’s reportprof. RNDr. Martin Pumera, Ph.D.
Reviewer’s reportdoc. Ing. Štěpán Kment, Ph.D.
Reviewer’s reportDr. Jose Maria Muñoz Martin
Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová