大量無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量供給是目前限制物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)瓶頸.作為新型能量收集技術(shù),摩擦納米發(fā)電機(jī)在環(huán)境能量收集方面有著顯著優(yōu)勢(shì),為解決無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)供電問(wèn)題提供了技術(shù)思路.本文基于摩擦納米發(fā)電機(jī)和風(fēng)致振動(dòng)原理,提出并系統(tǒng)研究了一種薄膜拍打型摩擦納米發(fā)電機(jī)（FF-TENG）,實(shí)現(xiàn)了風(fēng)能高效收集.本文采用仿真軟件分析了薄膜拍打過(guò)程中的電場(chǎng)分布,利用流場(chǎng)顯示方法展示了薄膜的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).同時(shí),研究了薄膜材料、風(fēng)速、薄膜長(zhǎng)度、薄膜串聯(lián)對(duì)FF-TENG輸出性能的影響規(guī)律.研究發(fā)現(xiàn):隨著風(fēng)速提高,薄膜拍打頻率增加,摩擦納米發(fā)電機(jī)輸出的短路電流增大,而輸出電壓和轉(zhuǎn)移電荷量在風(fēng)速超過(guò)4.7 m/s之后保持穩(wěn)定.隨著薄膜長(zhǎng)度的增加,其拍打頻率降低較快,單位長(zhǎng)度上的發(fā)電性能呈現(xiàn)先增后減的規(guī)律.在雙薄膜FF-TENG實(shí)驗(yàn)中,上游薄膜的擾動(dòng)導(dǎo)致下游薄膜的拍打幅度更大,這使得兩個(gè)短薄膜的輸出電壓比單個(gè)長(zhǎng)薄膜提升了45%.通過(guò)演示實(shí)驗(yàn),本文設(shè)計(jì)的薄膜拍打型摩擦納米發(fā)電機(jī)成功地驅(qū)動(dòng)了溫度傳感器,并點(diǎn)亮了至少300盞LED燈,表明其在無(wú)線傳感器供電領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景. 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2021,51(06)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：15 頁(yè)

【部分圖文】：

(網(wǎng)絡(luò)版彩圖) FF-TENG器件結(jié)構(gòu)示意圖

此處以PTFE薄膜與鋁箔電極充分拍打之后的狀態(tài),即PTFE上的靜電荷分布已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)為例,由于PTFE是駐極體,具有極佳的絕緣性,可認(rèn)為其所帶的負(fù)電荷不會(huì)丟失.在圖3(a)-I狀態(tài)時(shí),薄膜處于中間位置,電場(chǎng)處于平衡狀態(tài),兩側(cè)電極所帶正電荷數(shù)量相等且二者之和與PTFE所帶負(fù)電荷相等.電極的電勢(shì)差為零,但是電流達(dá)到最大值,對(duì)應(yīng)圖3(b)-I;當(dāng)PTFE薄膜向左側(cè)移動(dòng)時(shí),兩側(cè)電極之間產(chǎn)生電勢(shì)差,右側(cè)電極的正電荷向左側(cè)電極轉(zhuǎn)移,直至PTFE薄膜與左側(cè)電極接觸,此時(shí)兩側(cè)電極的電勢(shì)差達(dá)到最大值,當(dāng)PTFE向右側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí),電流方向改變,即圖3(a)-II和圖3(b)-II.PTFE再次回到中間位置III時(shí)與狀態(tài)I類似.PTFE薄膜在電極之間往復(fù)拍打,產(chǎn)生交變電信號(hào).圖3 (網(wǎng)絡(luò)版彩圖) FF-TENG電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程.(a)薄膜拍打過(guò)程;(b)單周期電流信號(hào)

圖2 (網(wǎng)絡(luò)版彩圖)配置不同電介質(zhì)薄膜材料的FF-TENG輸出電壓對(duì)比基于FF-TENG發(fā)電原理,可將摩擦副的每個(gè)接觸面視為節(jié)點(diǎn),簡(jiǎn)化為等效電容模型[41],如圖4所示.

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3377634