本文關(guān)鍵詞：非金屬無(wú)氟紙基發(fā)電機(jī)

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【摘要】：隨著柔性電子器件的快速增長(zhǎng),柔性電源普遍受到了業(yè)界的關(guān)注。而市場(chǎng)上的電源主要以塊狀的紐扣電池或者鋰電池為主,并不能夠與全柔性電子設(shè)備相接連。此外,電池存在例如爆炸等隱性危險(xiǎn),常常在航空托運(yùn)中受到限制。因此,目前人們致力于尋求一種全柔性的電源或者發(fā)電機(jī),其能夠直接為柔性電子產(chǎn)品,如微型可攜帶/穿戴電子設(shè)備、智能包裝提供能源;且保持綠色安全。而紙作為一種信息傳播的傳統(tǒng)載體,具有廉價(jià)、質(zhì)輕、可生物降解和可循環(huán)等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)在柔性電子紙、晶體管、觸摸板以及智能包裝顯示等領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。于是,紙基發(fā)電機(jī)作為外部電源的一種替代或者補(bǔ)充應(yīng)運(yùn)而生,從而拓展了紙基電子產(chǎn)品的應(yīng)用。本論文介紹了一種對(duì)環(huán)境友好的非金屬無(wú)氟紙基發(fā)電機(jī),可以從周?chē)h(huán)境中收集能量并轉(zhuǎn)化為電能。主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下:1.基于碳納米管耐腐燭、耐沖擊和導(dǎo)電導(dǎo)熱性好等優(yōu)良特性,我們選擇碳納米管作為導(dǎo)電材料,通過(guò)刮涂的方法制作出碳納米管導(dǎo)電層,并測(cè)試其抗拉伸性能和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)證明,碳納米管導(dǎo)電層在不同彎曲條件下其導(dǎo)電性能保持在154.9Ω/□左右,可見(jiàn),其具有很好的抗拉伸性。此外,碳納米管導(dǎo)電層在原始狀態(tài)下的伏安特性曲線和經(jīng)歷1000次循環(huán)后的伏安特性曲線接近重合,表明碳納米管導(dǎo)電層具有很好的穩(wěn)定性。另一方面,碳納米管替代傳統(tǒng)的金屬作為導(dǎo)電層可以避免金屬回收對(duì)環(huán)境的影響。2.基于駐極體可以長(zhǎng)久保持剩余電荷的性能,我們選擇駐極體材料聚丙烯作為發(fā)電功能材料,可以避免含氟材料對(duì)環(huán)境的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)使用多孔聚丙烯材料的發(fā)電機(jī)的輸出峰值電流為使用普通聚丙烯材料發(fā)電機(jī)輸出峰值電流的2倍以上,因此我們進(jìn)一步選擇多孔聚丙烯材料作為發(fā)電功能材料。在對(duì)多孔聚丙烯進(jìn)行極化處理的研究中,我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)負(fù)電暈充電處理后,多孔聚丙烯材料的表面電位可以在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持在-620 V左右。3.基于靜電感應(yīng)的原理,我們?cè)O(shè)計(jì)出一種新的非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)以相紙作為基底,以碳納米管作為導(dǎo)電層,以多孔聚丙烯作為發(fā)電功能材料。根據(jù)V型結(jié)構(gòu)我們建立這類(lèi)器件的理論模型,推導(dǎo)得出這種非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)在外接電阻條件下輸出特性的基本公式。通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法,得到峰值電流和瞬時(shí)峰值功率在不同外接電阻和不同頻率下的數(shù)值解。進(jìn)一步地,我們可以得到最佳負(fù)載電阻和頻率的關(guān)系,從而為定量分析非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)的輸出特性提出了一套準(zhǔn)確的方法。4.對(duì)非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)進(jìn)行實(shí)際輸出性能測(cè)試,測(cè)試結(jié)果和模擬結(jié)果高度一致。在外力作用下,組成非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)的上下兩個(gè)部件之間的距離產(chǎn)生變化,形成電荷分離和電勢(shì)差,并驅(qū)動(dòng)電子在外電路中流動(dòng)。非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)在25 Hz條件下的瞬時(shí)峰值功率達(dá)到646.4μW。此外,在持續(xù)運(yùn)動(dòng)72,000個(gè)周期后,器件仍保持完整的形貌和輸出性能,表明發(fā)電機(jī)具有很好的穩(wěn)定性和持久性。同時(shí),我們還證明了通過(guò)人體運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)可以點(diǎn)亮液晶顯示屏,從而證明了紙基發(fā)電機(jī)在防偽包裝方面的應(yīng)用。5.為了進(jìn)一步提高單位面積的輸出功率,我們也制作出非金屬無(wú)氟紙基疊層發(fā)電機(jī)。實(shí)驗(yàn)證明,包含三個(gè)發(fā)電單元的非金屬無(wú)氟紙基疊層發(fā)電機(jī)的峰值電流約為3.85μA,是非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)峰值電流約1.75μA的2.2倍。此外,積分后的轉(zhuǎn)移電荷從非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)的10.45 n C增加到包含三個(gè)發(fā)電單元的非金屬無(wú)氟紙基疊層發(fā)電機(jī)的28.71 n C,后者是前者的2.75倍。上述研究證明通過(guò)增加疊層數(shù)量的方法可以在減少空間和材料浪費(fèi)的情況下有效地提高輸出能量。
【關(guān)鍵詞】：非金屬 無(wú)氟 紙基發(fā)電機(jī)
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM31
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-20
• 1.1 引言11-13
• 1.2 柔性發(fā)電機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用13-17
• 1.3 紙基電子產(chǎn)品17-18
• 1.4 課題的提出及主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 2 碳納米管導(dǎo)電層和聚丙烯的表征及性能研究20-33
• 2.1 碳納米管20-21
• 2.2 碳納米管導(dǎo)電層的制作和性能研究21-24
• 2.3 駐極體24-28
• 2.4 無(wú)氟駐極體材料多孔聚丙烯的制備方法和性能研究28-31
• 2.5 本章小結(jié)31-33
• 3 非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)性能研究33-48
• 3.1 傳統(tǒng)拱形結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)33-34
• 3.2 非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)的制備與表征34-36
• 3.3 非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)的理論模型36-37
• 3.4 有限元模擬非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)的輸出性能37-42
• 3.5 非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)的輸出性能42-45
• 3.6 非金屬無(wú)氟紙基V型發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性能及應(yīng)用45-47
• 3.7 本章小結(jié)47-48
• 4 非金屬無(wú)氟紙基疊層發(fā)電機(jī)性能研究48-52
• 4.1 傳統(tǒng)平行連接多個(gè)發(fā)電機(jī)提高輸出48
• 4.2 發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)的相關(guān)研究48-49
• 4.3 疊層器件的制備49-50
• 4.4 非金屬無(wú)氟紙基疊層發(fā)電機(jī)的輸出性能50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 5 總結(jié)和展望52-54
• 致謝54-56
• 參考文獻(xiàn)56-62
• 附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄62-63

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

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本文編號(hào)：1018024