近年來,隨著體域網(wǎng)的快速發(fā)展,穿戴式/植入式無線低功耗器件對其供能元件提出新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的可穿戴/植入式醫(yī)療器件主要使用電池作為供能單元,盡管在供能密度及穩(wěn)定性等方面具有優(yōu)點(diǎn),但由于要經(jīng)常更換電池而無法滿足日益復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境需求。如果能夠利用環(huán)境中的能量,例如將體域網(wǎng)中的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行持續(xù)供電,與可穿戴/植入式醫(yī)療器件形成自供能系統(tǒng),那么不僅能夠解決化學(xué)電池帶來的一系列問題,而且能夠大大降低體域網(wǎng)中眾多節(jié)點(diǎn)的維護(hù)成本。因此,本文提出基于壓電和摩擦電復(fù)合機(jī)制的柔性能量采集器,并將其應(yīng)用到可穿戴式器件中實(shí)現(xiàn)自供能系統(tǒng)。主要工作如下:1.建立了接觸平行板式與單摩擦電極式摩擦電能量采集器的理論模型,在此基礎(chǔ)上,建立了兩種平板式與單摩擦電極式摩擦電/壓電復(fù)合能量采集器理論模型,設(shè)計(jì)和優(yōu)化了結(jié)構(gòu),并分析了兩種器件的工作原理。2.靜電紡絲工藝制備P（VDF-TrFE）薄膜和摻雜法形成PDMS/MWCNT復(fù)合薄膜;通過SEM、XRD、FTIR研究表明,P（VDF-TrFE）納米纖維直徑約為200 nm,在薄膜上均勻分布,具有明顯的壓電性β晶相結(jié)構(gòu);同時(shí)PDMS/MWCNT復(fù)合薄膜具有均勻的多壁碳... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：139 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

自供能系統(tǒng)模塊示意圖

體域網(wǎng)中自供能系統(tǒng)的可穿戴器件及傳感器：（a）基于壓電、摩擦電、熱電原理戴皮膚電子器件從人體上采集機(jī)械能及熱能；（b）基于電阻式的、電容式的、摩能的多功能電子皮膚；（c）普遍存在的健康護(hù)理系統(tǒng)，通常通過無線網(wǎng)絡(luò)和反饋供給健康護(hù)理的人[35]-2 Wearable devices and sensors with self-powered systems in BAN: (a) self-powered nic skins based on piezoelectric, triboelectric, and thermoelectric power harvest mechal energy from the human body; (b) multifunctional electronic skins based on resistive, oelectric, piezoelectric power accurately monitor; (c) ubiquitous healthcare systems thwireless network and feedback system to healthcare providers.[35]于上述所面臨的挑戰(zhàn)，對柔性的能量采集器的研究吸引了眾多研究者常情況下，應(yīng)用于穿戴式器件的能量采集器將環(huán)境中的機(jī)械能與其他夠持續(xù)給穿戴式器件和傳感器供能的電能。人體在肢體運(yùn)動(dòng)的過程中數(shù)十瓦的能量，該運(yùn)動(dòng)部位包括肩膀，肘腕，膝蓋，腳踝等，和身體如圖 1-2 所示。這些能量我們能夠通過能量采集技術(shù)，如壓電[5; 29; 36-39

學(xué)博士學(xué)位論文 第一的結(jié)構(gòu)、材料，以及性能等方面的研究。能量采集器的電壓和電流接用于機(jī)械力的監(jiān)測，轉(zhuǎn)換的能量能夠存儲(chǔ)，從而成為自供能的傳感器不僅能夠從環(huán)境中采集能量，同時(shí)具備了傳感器的能力，因此被廣泛應(yīng)用。但是，較低的柔性和適應(yīng)性仍然限制了傳感器的部分件而言也是不小的挑戰(zhàn)。于摩擦電的自供能技術(shù)的研究現(xiàn)狀年來的研究中，研究人員通過利用兩個(gè)不同材料之間進(jìn)行物理接觸應(yīng)摩擦電電荷，然后兩種材料在機(jī)械力作用下分開后不同的感應(yīng)電在電勢差作用下電荷在兩個(gè)材料的上表面電極和下表面電極流動(dòng)從流產(chǎn)生的機(jī)制即為摩擦電原理，該裝置稱為摩擦電能量采集器（Tror，TEG）。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：2903973