本文選題：摩擦納米發(fā)電機 + 水流能量收集��； 參考：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：摩擦起電現(xiàn)象在我們的日常生活中處處可見,近期由于美國佐治亞理工學(xué)院的王中林教授小組發(fā)明的摩擦納米發(fā)電機而備受關(guān)注。本論文在收集水流相關(guān)的清潔能源方面做了系統(tǒng)的研究,設(shè)計和構(gòu)建了多種器件包括透明摩擦納米發(fā)電機、透明多機組摩擦納米發(fā)電機以及柔性和管狀多機組摩擦納米發(fā)電機。本論文還研究了摩擦納米發(fā)電機作為自驅(qū)動傳感器方面的性能,從單個型振動傳感器到陣列式振動傳感器都作了系統(tǒng)的研究。本論文還將摩擦納米發(fā)電機與瞬態(tài)電子的概念結(jié)合發(fā)展出可溶解、可循環(huán)的綠色摩擦納米發(fā)電機。本文的研究工作主要包括以下幾點:設(shè)計和構(gòu)建了一種基于玻璃的高度透明摩擦納米發(fā)電機以收集水流相關(guān)能量,其工作模式為單電極模式。由于聚四氟乙烯(PTFE)薄膜發(fā)揮了增透膜的作用,發(fā)電機的最高透明度達到87.4%,高于玻璃基底的透明度。當連接一個阻值為0.5 MΩ的負載時,發(fā)電機的輸出功率密度最大,達到了 11.56 mW/cm2。發(fā)展了一種透明多機組摩擦納米發(fā)電機。透明多機組摩擦納米發(fā)電機的輸出功率密度為27.86 mW/m2,相比于具有相同工作面積的一個單元的發(fā)電機增加了10.6倍,這是由于多機組的結(jié)構(gòu)促進了電荷的分離和轉(zhuǎn)移。此外,透明多機組摩擦納米發(fā)電機還可以提高其抵抗損傷和失效的能力�？紤]到未來的應(yīng)用,水的溫度和pH對發(fā)電機的輸出的影響進行了系統(tǒng)的考察。進一步構(gòu)建了柔性、管狀摩擦發(fā)電機。當水流量為35 ml/s,多機組摩擦納米發(fā)電機的輸出功率密度達到0.07 W/m2。系統(tǒng)考察了水流量、水的下降高度以及傾斜角度對發(fā)電機輸出的影響。探索了發(fā)電機輸出的控制方式。通過與水龍頭集成展示了發(fā)電機具有持續(xù)提供清潔能源的應(yīng)用。設(shè)計了一種基于摩擦發(fā)電機的雙模式自驅(qū)動振動傳感器,以傳感器與被探測物的摩擦起電效應(yīng)為工作基礎(chǔ),具有接觸和非接觸兩種工作模式,其中非接觸模式使被探測物體免于機械損傷或化學(xué)損傷,可以最大限度的保護被探測物及其運行。最大探測范圍可以達到500 Hz,精度高,相對誤差在0.5%以下,穩(wěn)定性好。進一步地在單個型傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展的陣列式振動傳感器系統(tǒng)具有多通道運行的能力,可實現(xiàn)對多個物體的多個振動參數(shù)的監(jiān)測,包括振動開-關(guān)態(tài)、振動的加載過程、振動頻率、振動幅度。陣列式振動傳感器系統(tǒng)可記錄長時間的輸出信號,可分析得到一定歷史時間內(nèi)各單元的振動狀態(tài),為分析各時間窗口內(nèi)的工作狀態(tài)提供依據(jù)。設(shè)計和構(gòu)建了一種快速溶解、可循環(huán)綠色摩擦納米發(fā)電機。發(fā)電機的組成部分都是水溶性的或者可以被水觸發(fā)的連續(xù)反應(yīng)所溶解。整個器件一旦暴露于水中會在幾分鐘之內(nèi)快速分解和完全地消失。發(fā)電機溶解之后的溶液可以被用來重新制備器件,實現(xiàn)了零廢物排放的目的。綠色摩擦納米發(fā)電機可以有效地從環(huán)境中收集機械能,還可以作為可清除的自驅(qū)動運動傳感器監(jiān)測運動。綠色可循環(huán)摩擦納米發(fā)電機在為醫(yī)療植入設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備以及安全電子設(shè)備提供可靠能源方面是一種有前景的解決方案。
[Abstract]:The phenomenon of friction lifting is seen everywhere in our daily life. Recently, the friction nanoscale generator developed by Professor Wang Zhonglin of Georgia Institute of Technology in the United States has attracted much attention. This paper has made a systematic study on the collection of clean energy related to water flow, designed and constructed a variety of devices including transparent friction nano hair. Motor, transparent multi unit friction nanoscale generator and flexible and tubular multi unit friction nanoscale generator. This paper also studies the performance of friction nanoscale as self actuated sensor. The system has been studied from single type vibration sensor to array type vibration sensor. The concept of state electrons is combined with the development of soluble, recyclable green friction nanoscale generators. This paper mainly includes the following points: a highly transparent friction nanoscale based on glass is designed and constructed to collect water related energy, and its working mode is a single electrode mode. PTFE Bo Mofa The maximum transparency of the generator is 87.4%, higher than the transparency of the glass substrate. When the load is connected to a load of 0.5 M Omega, the output power density of the generator is maximum, and the output power of a transparent multi unit friction nanoscale generator is developed by 11.56 mW/cm2.. The rate density is 27.86 mW/m2, which is 10.6 times higher than that of a unit with the same working area. This is because the structure of the multi unit promotes the separation and transfer of the charge. In addition, the transparent multi unit friction nanoscale can also improve its ability to resist damage and failure. Considering future applications, water temperature and pH The effect of the output of the generator was systematically investigated. The flexible, tubular friction generator was further constructed. When the water flow rate was 35 ml/s, the output power density of the multi unit friction nanoscale generator reached 0.07 W/m2. system, the water flow, the water drop height and the influence of the tilt angle on the generator output were investigated. The generator was explored. The output control mode. By integrating with the faucet, the generator has the application of continuous supply of clean energy. A dual mode self driving vibration sensor based on the friction generator is designed, which is based on the friction starting effect of the sensor and the detected object, and has two modes of contact and non contact, in which the contact is non contact. The mode makes the detected object free from mechanical damage or chemical damage, and can maximize the protection of the detected objects and their operation. The maximum detection range can reach 500 Hz, the precision is high, the relative error is less than 0.5%, and the stability is good. It can monitor multiple vibration parameters of multiple objects, including vibration opening and closing state, vibration loading process, vibration frequency, vibration amplitude. The array type vibration sensor system can record long time output signals and analyze the vibration state of each unit in a certain period of time, in order to analyze the work in each time window. A fast dissolving, recyclable green friction nanoscale is designed and constructed. The components of the generator are dissolved in water or can be dissolved by water triggered by a continuous reaction. Once the whole device is exposed to water, it will quickly decompose and disappear completely in a few minutes. The liquid can be used to reprepare the device to achieve zero waste emissions. Green friction nanoscale can effectively collect mechanical energy from the environment and can be used as a remoavable self driving motion sensor monitoring motion. Green cyclic friction nanoscale is used for medical treatment implant equipment, environmental monitoring equipment and safety electricity. The subdevice is a promising solution for providing reliable energy.
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM31

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本文編號：1943600