【摘要】：自供能系統(tǒng)是一種無需外加電源,從環(huán)境中收集能量實(shí)現(xiàn)能量自供的新型功能器件,在大范圍環(huán)境監(jiān)測、人體健康監(jiān)測、軍事偵察、生物醫(yī)療、安全防護(hù)等領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。雖然基于納米發(fā)電機(jī)的自供能系統(tǒng)有了一定的發(fā)展,但完全自供能的傳感系統(tǒng)仍然需要進(jìn)一步的完善優(yōu)化。本文圍繞著完全自供能傳感系統(tǒng)主要開展了基于聚偏二氟乙烯(PVDF)/尼龍11(PA11)復(fù)合薄膜的壓電納米發(fā)電機(jī)、基于靜電紡絲納米線的摩擦納米發(fā)電機(jī)、完全自供能的紫外強(qiáng)度等級探測系統(tǒng)和具有紫外響應(yīng)的摩擦納米發(fā)電機(jī)的研究工作。利用PVDF/PA11復(fù)合壓電薄膜制備出具有較高輸出性能的壓電納米發(fā)電機(jī),其輸出電壓達(dá)到3.2 V,輸出電流達(dá)到13.2μA。研究了這種壓電納米發(fā)電機(jī)在不同驅(qū)動(dòng)力下的輸出性能,發(fā)現(xiàn)壓電納米發(fā)電機(jī)的輸出電壓和輸出電流信號隨著驅(qū)動(dòng)力的增加而變大。我們使用這種壓電納米發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)點(diǎn)亮了商用發(fā)光二極管,證明這種壓電納米發(fā)電機(jī)可以作為供能單元為一些微型器件進(jìn)行供電。最后將這種壓電納米發(fā)電機(jī)和ZnO納米線紫外傳感器進(jìn)行串聯(lián),制作出自供能的紫外傳感器,實(shí)現(xiàn)了紫外光強(qiáng)度的自供能探測。將靜電紡絲納米線作為摩擦納米發(fā)電機(jī)的摩擦層,成功制作出基于靜電紡絲納米線的摩擦納米發(fā)電機(jī)。通過對比實(shí)驗(yàn),我們證明了靜電紡絲納米線對摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出性能有顯著地提升效果。這種基于靜電紡絲納米線的摩擦納米發(fā)電機(jī)在線性馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下輸出電壓達(dá)到1163 V,輸出電流為211μA。利用這種高輸出的摩擦納米發(fā)電機(jī),我們成功點(diǎn)亮了140個(gè)商用的紅色發(fā)光二極管并首次實(shí)現(xiàn)了微型電機(jī)的實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)。利用高輸出性能的摩擦納米發(fā)電機(jī)、ZnO電紡納米線紫外傳感器、發(fā)光二極管、分流電阻和穩(wěn)壓二極管,我們設(shè)計(jì)并制作出一種完全自供能的紫外強(qiáng)度等級探測系統(tǒng)。這種完全自供能紫外強(qiáng)度等級探測系統(tǒng)能夠利用人體機(jī)械能精確地探測并顯示出所處環(huán)境的紫外線強(qiáng)度等級。人們可以隨時(shí)隨地使用這種自供能紫外探測系統(tǒng)探知所處環(huán)境的紫外線強(qiáng)度等級并采取相應(yīng)的防護(hù)措施。這個(gè)工作成功地將自供能系統(tǒng)應(yīng)用于人類公共衛(wèi)生領(lǐng)域。利用ZnO和PVDF作為摩擦納米發(fā)電機(jī)的兩個(gè)摩擦層,我們制作出具有紫外響應(yīng)的摩擦納米發(fā)電機(jī),實(shí)現(xiàn)了供能單元與傳感單元的集成。這種納米發(fā)電機(jī)同時(shí)具有供電和傳感兩種特性,為制備高集成低功耗的自供能傳感器提供了一種簡單可行的方法。利用這種具有紫外響應(yīng)的摩擦納米發(fā)電機(jī),我們實(shí)現(xiàn)了2nW/cm2紫外光的自供能探測。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM31;TB383.1

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本文編號：2565238