本文選題：生物相容性 + 復合薄膜��； 參考：《天津理工大學》2017年碩士論文

【摘要】：納米發(fā)電機作為一種新型綠色能源具有很大的發(fā)展?jié)摿?其自驅動的優(yōu)勢可以促進植入式醫(yī)學的發(fā)展,同時還可以應用于風力發(fā)電,提高生活品質。能源供給是植入式醫(yī)療器件應用的關鍵,現有電池供電會因電能耗盡使病人面臨再次手術的風險。生物相容性摩擦納米發(fā)電機(BCTENG)的發(fā)展為該問題的解決提供了新方法。近年來,通過選擇生物相容性材料和對極板表面進行微觀結構設計,使BCTENG獲得了良好的輸出性能。如何進一步優(yōu)化納米發(fā)電機(NG)的材料和結構來提高其輸出效率、增加應用價值是亟待解決的問題。為此本文針對植入式納米發(fā)電機提出了用乙基纖維素(EC)和317L醫(yī)用不銹鋼(317L SS)做極板,分別用ICP蝕刻和光刻法對兩極板進行微加工制備摩擦納米發(fā)電機(TENG),并測試了經模擬體液浸泡后的輸出變化。通過對極板復合薄膜的研究,控制了發(fā)電機極板的降解速率、提高了韌性。本文探索了一些簡單、廉價的增大表面摩擦的方法,如激光加工法和熱壓溶解法。針對當前的環(huán)境和發(fā)電機的應用問題,提出以乙基纖維素和聚乙烯為摩擦材料制備風力納米發(fā)電機。結果如下:1.將317L醫(yī)用不銹鋼、乙基纖維素(EC)作為摩擦材料制備生物相容性TENG。通過光刻技術和ICP蝕刻技術在不銹鋼、乙基纖維素表面設計微納陣列結構以增強摩擦層的摩擦效率。自行研制了一種動摩擦因數的測試裝置,結果證明,表面微觀處理后的發(fā)電機的性能得到顯著提升,電壓和電流可以分別達到245 V和50μA,可以驅動18個發(fā)光二極管發(fā)光。317L SS-EC TENG經模擬體液長時間浸泡后,完全干燥的情況下輸出效率基本保持穩(wěn)定;在潮濕狀態(tài)下,由于離子在電勢場的作用下發(fā)生移動,會大幅度提高TENG的輸出效率,短路電流最高可達145μA。2.乙基纖維素降解較快,韌性較差;聚乳酸不僅具有優(yōu)良的力學性能,而且可以降低降解速率。為滿足醫(yī)用的降解速率及力學性能,將乙基纖維素和聚乳酸做成復合薄膜。當聚乳酸的質量分數Wt(P L A)為40%~50%時,力學性能較佳。復合薄膜的親水性和降解速度會隨著乙基纖維素質量分數Wt(E C)的增加而增加。為獲得較低的降解速率及良好的拉伸性能,選擇Wt(P L A)的范圍在33%~41%之間。結果證明,當Wt(PLA)為35%時納米發(fā)電機有最好的輸出效率。通過熱壓溶解法對復合膜表面進行微加工可以得到納米級的孔隙,采用激光加工法處理不銹鋼表面既可以得到10μm左右的凸起,又可以產生納米級的毛化現象,并且熱壓溶解法和激光加工都具有耗時短、廉價易操作、成功率高的特點。3.用乙基纖維素和聚乙烯為摩擦材料制備風力納米發(fā)電機。風車結構的納米發(fā)電機具有良好的輸出效率,制備的最佳發(fā)電機的開路電壓200 V,短路電流65μA,能驅使50個發(fā)光二極管發(fā)光,將其制備成日行燈,有良好的商業(yè)價值。
[Abstract]:Nano-generator as a new green energy has great development potential, its self-driving advantages can promote the development of implantable medicine, but also can be used in wind power generation, improve the quality of life. Energy supply is the key to the application of implantable medical devices. The development of biocompatibility friction nano generator BCTENGprovides a new method for solving this problem. In recent years, BCTENG has achieved good output performance by selecting biocompatible materials and designing the microstructures of the plate surface. How to further optimize the material and structure of nano-generator to improve its output efficiency and increase the application value is an urgent problem. In this paper, we propose using ethyl cellulose (EC) and 317L medical stainless steel (317L SS) as polar plates for implanted nano-generators. The friction nanocrystalline generator (Teng) was fabricated by ICP etching and photolithography respectively. The output changes after immersion in simulated body fluid were measured. The degradation rate of generator plate was controlled and the toughness was improved by studying the composite film. In this paper, some simple and cheap methods for increasing surface friction, such as laser processing and hot pressing solution, are explored. In view of the current environment and the application of generators, a new method for preparing wind power nanogenerators using ethyl cellulose and polyethylene as friction materials is proposed. The result is as follows: 1. 317L medical stainless steel and ethyl cellulose (EC) were used as friction materials to prepare biocompatible TENGs. In order to enhance the friction efficiency of the friction layer, microarrays were designed on the surface of stainless steel and ethyl cellulose by means of photolithography and ICP etching. A measuring device for dynamic friction coefficient has been developed. The results show that the performance of the generator after micro-treatment has been greatly improved. The voltage and current can reach 245 V and 50 渭 A, respectively, which can drive 18 light-emitting diodes (LEDs). 317L SS-EC TENG is immersed in simulated body fluid for a long time, and the output efficiency is basically stable under the condition of complete drying. Because the ion moves under the action of the potential field, the output efficiency of TENG will be greatly improved, and the short-circuit current can reach 145 渭 A. 2. Polylactic acid not only has good mechanical properties, but also can reduce the degradation rate. In order to meet the degradation rate and mechanical properties of medical materials, ethylcellulose and polylactic acid were made into composite films. When the mass fraction of polylactic acid (Wtlactic acid) is 40 ~ 50, the mechanical properties are better. The hydrophilicity and degradation rate of the composite films increase with the increase of the mass fraction of ethyl cellulose. In order to obtain low degradation rate and good tensile properties, the range of WtTU P LA) was between 33% and 41%. The results show that the nanometer generator has the best output efficiency when the WtTX PLA is 35. Nanoscale pores can be obtained by micromachining the surface of composite film by hot pressing solution method. The surface of stainless steel treated by laser processing can not only get about 10 渭 m bulge, but also produce nano-scale wool phenomenon. And the hot pressing dissolution method and laser processing have the characteristics of short time consuming, low cost and easy operation, and high success rate. 3. The wind power nano generator was prepared by using ethyl cellulose and polyethylene as friction materials. The nano generator with windmill structure has good output efficiency. The optimal generator has an open circuit voltage of 200 V and a short circuit current of 65 渭 A. it can drive 50 light-emitting diodes to light, and it has good commercial value.
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM31;TB383.1

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