發(fā)布時(shí)間：2017-10-21 14:50

  本文關(guān)鍵詞：基于駐極體的振動(dòng)式能量采集器的材料、制備及其性能研究

  更多相關(guān)文章： 駐極體 介電常數(shù) 柵形電場(chǎng)分布 微型能量采集器

【摘要】：隨著智能化系統(tǒng)的發(fā)展,人們對(duì)于電子設(shè)備的需求急劇增加,微機(jī)電系統(tǒng)作為電子設(shè)備中的一種,具有體積小、質(zhì)量輕、能耗小等優(yōu)點(diǎn),因此引起人們廣泛關(guān)注。而要使得微機(jī)電系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用,能量的供給是關(guān)鍵問(wèn)題之一。駐極體是一類(lèi)含取向偶極子和準(zhǔn)永久空間電荷的功能電介質(zhì)材料。駐極體材料會(huì)在其外部形成一個(gè)靜電場(chǎng),當(dāng)有電極進(jìn)入這塊電場(chǎng)空間后,電極上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷,這就是駐極體的靜電效應(yīng)。由于靜電效應(yīng)的存在,駐極體被廣泛應(yīng)用在各類(lèi)傳感器件和微型能量采集器中。駐極體式微型振動(dòng)能量收集器是通過(guò)采集自然環(huán)境中的振動(dòng)能將其轉(zhuǎn)化為電能的裝置,用作微機(jī)電系統(tǒng)的電源,具有使用壽命長(zhǎng),電能產(chǎn)生過(guò)程對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),因此成為了微能源技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。目前駐極體式微振能量采集器的研究還處于起步階段,尋找和發(fā)展性能優(yōu)異的駐極體材料是關(guān)鍵。本文選取介電性能優(yōu)異的聚合物材料(氟化乙丙烯共聚物FEP,四氟乙烯、六氟丙烯和偏氟乙烯共聚物THV)作為研究對(duì)象,研究了它們的介電性能和駐極體性能,探索了由于圖形化帶來(lái)的尺寸變化對(duì)駐極體性能的影響。并以它們作為傳感材料制作了微型振動(dòng)能量收集器,通過(guò)理論模擬和實(shí)驗(yàn),研究了影響微型振動(dòng)能量收集器輸出功率的因素。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)針對(duì)圖形化帶來(lái)的尺寸變化導(dǎo)致駐極體性能下降的問(wèn)題,以FEP薄膜為研究對(duì)象,制備了3mm和2mm寬的柵形電場(chǎng)分布駐極體。結(jié)果表明,兩種注極后的樣品存儲(chǔ)150天后柵型電場(chǎng)分布變得清晰而有規(guī)律,覆蓋鋁電極區(qū)電場(chǎng)已衰減至接近零,未覆蓋鋁電極區(qū)仍保持高電位。經(jīng)過(guò)分析表明,FEP和金屬鋁表面兩者電荷衰減性能上的差異是造成FEP表面蒸鍍鋁電極后能獲得柵型電場(chǎng)分布的原因所在。(2)為獲得最佳注極工藝對(duì)柵形電荷存儲(chǔ)性能的影響,研究了充電方法,注極溫度,電極寬度等制備工藝對(duì)柵形電場(chǎng)分布駐極體性能的影響。結(jié)果表明,電暈注極樣品初始表面電位高于熱注極樣品,但衰減速度更快。電極寬度越小,初始表面電位越低,但不同電極寬度樣品的電荷衰減規(guī)律相似。注極溫度越高,樣品的表面電位越高。(3)為克服FEP薄膜駐極體多次振動(dòng)以后電位衰減很快,不能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定靜電場(chǎng)的問(wèn)題,設(shè)計(jì)制備了FEP/THV雙層駐極體薄膜。為獲得最佳介電性能的THV薄膜,采用高溫熔融熱壓法制備了三種類(lèi)型的THV薄膜(THV220、THV500和THV815),分別測(cè)量其介電常數(shù)和介質(zhì)損耗。結(jié)果表明,隨著測(cè)試頻率的升高,THV220、THV500和THV815三種類(lèi)型THV的介電常數(shù)都隨之減小,在熱極化后,它們的介電常數(shù)都有所下降。通過(guò)研究選擇了THV220作為T(mén)HV/FEP雙層膜的材料,發(fā)現(xiàn)FEP/THV雙層駐極體電荷存儲(chǔ)性能優(yōu)良,滿(mǎn)足微振能量采集器的器件制備。(4)設(shè)計(jì)制備了縱向振動(dòng)和橫向振動(dòng)的兩種駐極體式微型振動(dòng)能量采集器,根據(jù)靜電感應(yīng)原理,提出駐極體式微振能量采集器的模型,進(jìn)行理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn),探索了影響駐極體式微型振動(dòng)能量采集器輸出功率的因素。獲得4000mW的最大輸出功率,實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能向電能的轉(zhuǎn)化,向成功為液晶屏供電。
【關(guān)鍵詞】：駐極體 介電常數(shù) 柵形電場(chǎng)分布 微型能量采集器
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB34;TB535
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 圖形化駐極體簡(jiǎn)介11-13
• 1.1.1 駐極體的分類(lèi)及其基本特性11-12
• 1.1.2 駐極體的圖形化12-13
• 1.2 圖形化駐極體制備技術(shù)的研究近況13-19
• 1.2.1 區(qū)域選擇性極化或放電技術(shù)制備圖形化13-17
• 1.2.2 直接圖形化17-19
• 1.3 柵形駐極體簡(jiǎn)介19-20
• 1.4 本論文研究的意義與內(nèi)容20-23
• 1.4.1 論文研究的意義20-21
• 1.4.2 論文研究的內(nèi)容21-23
• 2 駐極體的制備與實(shí)驗(yàn)方法23-31
• 2.1 薄膜材料及其制備23-25
• 2.1.1 薄膜材料23-24
• 2.1.2 薄膜制備24-25
• 2.2 柵形駐極體的形成方法25-28
• 2.2.1 柵形電極的形成25-26
• 2.2.2 柵形駐極體的形成26-28
• 2.3 聚合物介電常數(shù)和柵形駐極體表面電位的測(cè)量28-29
• 2.3.1 介電常數(shù)的測(cè)量28-29
• 2.3.2 駐極體表面電位的測(cè)量29
• 2.4 能源采集器的制備及其性能測(cè)試29-30
• 2.5 小結(jié)30-31
• 3 單層FEP柵形駐極體的性能研究31-41
• 3.1 電暈注極樣品的電荷存儲(chǔ)性能31-33
• 3.2 熱極化注極樣品的電荷存儲(chǔ)性能33-34
• 3.3 柵型電場(chǎng)分布駐極體電荷存儲(chǔ)機(jī)制分析34-39
• 3.3.1 電極構(gòu)成方法對(duì)電暈注極柵形駐極體的影響34-35
• 3.3.2 電極寬度對(duì)柵形FEP駐極體電荷存儲(chǔ)性能的影響35-36
• 3.3.3 注極溫度對(duì)柵型電場(chǎng)分布駐極體電荷存儲(chǔ)性能的影響36-37
• 3.3.4 注極方法對(duì)柵型電場(chǎng)分布駐極體電荷存儲(chǔ)性能的影響37-39
• 3.4 小結(jié)39-41
• 4 THV介電性能的測(cè)試及FEP/THV雙層膜的制備41-47
• 4.1 不同測(cè)試頻率對(duì)THV介電常數(shù)的影響41-42
• 4.2 極化對(duì)THV介電常數(shù)的影響42-43
• 4.3 不同測(cè)試頻率對(duì)THV介質(zhì)損耗的影響43-44
• 4.4 FEP/THV雙層膜電荷存儲(chǔ)性能研究44-46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 5 駐極體式能量采集器工作原理及其設(shè)計(jì)應(yīng)用47-54
• 5.1 變間距式微振靜電能量采集器47-51
• 5.1.1 工作原理47-48
• 5.1.2 器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)48-51
• 5.2 變面積式微振靜電能量采集器51-53
• 5.2.1 工作原理51-52
• 5.2.2 器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)52-53
• 5.3 本章小結(jié)53-54
• 6 結(jié)論54-55
• 致謝55-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 附錄60

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