本文選題：摩擦電納米發(fā)電機(jī) + 飛秒激光�。� 參考：《吉林大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：能源短缺和由此引發(fā)的能源危機(jī)問(wèn)題日益顯現(xiàn)，嚴(yán)重限制世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類(lèi)文明進(jìn)步。為解決能源危機(jī)問(wèn)題，必須大力發(fā)展新型能夠循環(huán)利用的可再生能源。太陽(yáng)能、水力、風(fēng)力、生物能和潮汐能等可再生能源都已經(jīng)成功應(yīng)用于生活中。除了這些能源外，人類(lèi)周?chē)�存在著多種多樣的無(wú)規(guī)則、能量密度小的“小”能量，如人體活動(dòng)機(jī)械能、汽車(chē)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)能等等。如何有效利用這些“小”能量已經(jīng)成為了研究熱點(diǎn)。 納米發(fā)電機(jī)是能夠收集周?chē)⑿∧芰孔兓�，并將其轉(zhuǎn)化為電能的新型發(fā)電終端。目前為止主要有三種納米發(fā)電機(jī)：壓電式納米發(fā)電機(jī)、熱電式納米發(fā)電機(jī)、摩擦電納米發(fā)電機(jī)。相對(duì)前兩者而言，摩擦電納米發(fā)電機(jī)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如收集能量形式更豐富、輸出的電壓更高、成本低廉利于大規(guī)模生產(chǎn)等。摩擦電納米發(fā)電機(jī)是利用摩擦起電和感應(yīng)帶電相結(jié)合的原理工作的。典型的摩擦電納米發(fā)電機(jī)是由兩個(gè)摩擦電系數(shù)不同的材料相互堆疊，再在兩個(gè)材料的外側(cè)覆蓋感應(yīng)電極構(gòu)成的。然而，并不是所有的摩擦層都能被覆蓋感應(yīng)電極。單電極摩擦電納米發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)就克服了這一問(wèn)題。利用摩擦過(guò)程中產(chǎn)生的電荷，通過(guò)感應(yīng)帶電驅(qū)使電荷在感應(yīng)電極和大地間流動(dòng)，產(chǎn)生電信號(hào)。因?yàn)樵趩坞姌O摩擦電納米發(fā)電機(jī)中，肌膚可以作為一個(gè)摩擦源，因此大大擴(kuò)展了摩擦電納米發(fā)電機(jī)的應(yīng)用范圍，如在接觸驅(qū)動(dòng)工藝中。但是現(xiàn)有的基于肌膚設(shè)計(jì)的單電極摩擦電納米發(fā)電機(jī)的制備是通過(guò)硅轉(zhuǎn)寫(xiě)工藝制備具有微結(jié)構(gòu)的聚合物摩擦表面，再覆蓋銅板或者ITO電極板作為感應(yīng)電極制備的。它們的制備方法相對(duì)單一，并且對(duì)于未來(lái)柔性電子器件來(lái)說(shuō)，銅板和ITO電極板的柔性較差，并不是好的選擇。在我的工作中，利用具有微納結(jié)構(gòu)的PDMS和銀納米線制備出基于肌膚的純?nèi)嵝詥坞姌O摩擦電納米發(fā)電機(jī)。 本文中所制備的納米發(fā)電機(jī)是由PDMS和銀納米線構(gòu)成的。PDMS的上表面作為和肌膚摩擦的摩擦面，具有不規(guī)則的微納結(jié)構(gòu)。這些不規(guī)則的微納結(jié)構(gòu)是通過(guò)飛秒激光燒蝕技術(shù)制備的。PDMS的下表面作為純?nèi)嵝愿袘?yīng)電極，鑲嵌有相互交疊的銀納米線，具有良好的導(dǎo)電性。鑲嵌的銀納米線是通過(guò)一次轉(zhuǎn)寫(xiě)工藝制備的。該器件無(wú)需外加電壓和介質(zhì)，能夠直接被手指驅(qū)動(dòng)，將手指觸碰分離的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，，同時(shí)它還具有純?nèi)嵝蕴匦�。通過(guò)對(duì)比不同結(jié)構(gòu)的器件產(chǎn)生的電荷，證明了微納結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)能量轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)而也驗(yàn)證了引入飛秒激光燒蝕技術(shù)制備微結(jié)構(gòu)的重要性。當(dāng)器件被彎折500次以后，依然能夠很好的工作，具有良好的穩(wěn)定性。而后通過(guò)性能測(cè)試再一次驗(yàn)證了單電極摩擦電納米發(fā)電機(jī)的工作原理。最后，作為實(shí)際應(yīng)用舉例，將所制備的純?nèi)嵝约{米發(fā)電機(jī)粘在衣服上，器件依然能夠正常工作。
[Abstract]:The energy shortage and the energy crisis caused by it appear day by day, which seriously restrict the development of world economy and the progress of human civilization. In order to solve the problem of energy crisis, it is necessary to develop a new type of renewable energy that can be recycled. Renewable energy sources, such as solar, hydraulic, wind, bioenergy and tidal energy, have been successfully used in life. In addition to these sources of energy, there are a variety of irregular, small energy density, such as the human body moving mechanical energy, car tire rotation energy and so on. How to make effective use of these "small" energy has become a research hotspot. Nano-generator is a new generation terminal which can collect small energy change around and convert it into electric energy. Up to now, there are mainly three kinds of nano generators: piezoelectric nano generators, thermoelectric nano generators and friction nano generators. Compared with the former two, the friction electric nano-generator has unique advantages, such as more energy collection, higher output voltage, lower cost, and so on. Friction electric nano generator is based on the principle of friction starting and inductive charge. A typical triboelectric nano-generator is composed of two materials with different friction electric coefficients stacked with each other and then covered with induction electrodes on the outside of the two materials. However, not all friction layers can be covered with induction electrodes. The appearance of single electrode friction electric nano generator overcomes this problem. The electric signal is generated by using the charge generated in the friction process to drive the charge between the inductive electrode and the earth. Because the skin can be used as a friction source in the single electrode friction electric nano generator, it greatly expands the scope of application of the friction electric nano generator, such as in the contact driving process. However, the existing single-electrode friction electrical nano-generator based on skin design is prepared by silicon transposing process to prepare polymer friction surface with micro-structure, and then cover copper plate or ITO electrode plate as induction electrode. Their preparation methods are relatively simple, and for the future flexible electronic devices, copper plate and ITO electrode plate are poor flexibility, is not a good choice. In my work, the pure flexible single electrode friction electric nano generator based on skin was fabricated by using PDMS and silver nanowires with micro and nano structure. In this paper, the nano-generator is composed of PDMS and silver nanowires, the upper surface of PDMS is used as friction surface of skin friction, and it has irregular micro-nano structure. These irregular nanowires are fabricated by femtosecond laser ablation. The lower surface of PDMS is a pure flexible inductive electrode embedded with overlapping silver nanowires with good conductivity. The inlaid silver nanowires were prepared by a single transliteration process. The device can be driven directly by finger without external voltage and medium. The mechanical energy of finger contact can be converted into electric energy, and it also has pure flexibility. By comparing the charge generated by the devices with different structures, it is proved that the micro-nano structure can enhance the energy conversion efficiency, and the importance of introducing femtosecond laser ablation technology to fabricate the microstructures is also verified. When the device is bent 500 times, still able to work well, with good stability. Then the principle of single electrode friction electric nano generator is verified again by performance test. Finally, as an example of practical application, the pure flexible nano-generator is glued to the clothes, and the device can still work normally.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM31

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本文編號(hào)：1913323