一體式柔性可拉伸拱形摩擦-壓電復(fù)合納米發(fā)電機(jī)
發(fā)布時(shí)間：2021-11-21 11:27
針對(duì)目前可穿戴單兵能源裝備對(duì)能源采集器件柔性可拉伸能力的迫切需求,提出了一種基于摩擦-壓電協(xié)同換能機(jī)理的一體式柔性可拉伸拱形納米發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)方案。利用混煉工藝將鈦酸鋇（BaTiO3）、聚四氟乙烯（PTFE）和鍍銀玻璃微珠分別混入到高溫硫化硅橡膠中,分別制備出壓電層、摩擦層和電極層,使器件實(shí)現(xiàn)了全柔性和可拉伸性能。器件采用拱形結(jié)構(gòu),可以響應(yīng)拉伸和拍打兩種常見(jiàn)的激勵(lì)模式,有助于高效采集具有多自由度特點(diǎn)的人體運(yùn)動(dòng)能量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,拉伸模式下,器件主要依靠壓電層產(chǎn)生電能輸出,而在拍打模式下,器件則主要依靠摩擦層產(chǎn)生電能輸出,復(fù)合輸出性能得到明顯提升,展現(xiàn)出其在可穿戴單兵能源裝備領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景。
【文章來(lái)源】：兵器裝備工程學(xué)報(bào). 2020,41(10)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)
【部分圖文】：
P-TENG制備流程示意圖
圖1 P-TENG制備流程示意圖由于各功能層均采用相同的基體材料，在硫化過(guò)程中，其界面層可交聯(lián)為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成完全一體式結(jié)構(gòu)，避免了器件在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，各功能層因應(yīng)力失配而發(fā)生彼此脫離的現(xiàn)象。硫化成型前，與摩擦層下表面以及中間電極層上表面接觸的模具表面覆蓋有180目砂紙，在高溫高壓硫化成型時(shí)，摩擦層下表面及中間電極層上表面與砂紙發(fā)生擠壓，表面產(chǎn)生微形變，硫化結(jié)束時(shí)可將砂紙從摩擦層下表面以及中間電極層上表面剝離，從而可得到帶有微納結(jié)構(gòu)的摩擦表面。表面微納結(jié)構(gòu)的引入可增大摩擦層的比表面，從而提升有效接觸面積和摩擦電荷密度。在壓電復(fù)合材料制備過(guò)程中，BTO微粒被選用作為壓電相填充物。圖3所示為BTO的XRD和拉曼圖譜，將XRD的多個(gè)衍射峰分別與鈦酸鋇標(biāo)準(zhǔn)卡對(duì)比，可以看出其擇優(yōu)取向?yàn)?110)晶相。在拉曼譜圖中，可以看出在305～720 cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)3個(gè)頻移峰，分別對(duì)應(yīng)E(TO)、A1(TO)和A1(LO) 3個(gè)模式，結(jié)合XRD結(jié)果可知，BTO具有良好的結(jié)晶度和優(yōu)異的鐵電四方晶體結(jié)構(gòu)。
由于各功能層均采用相同的基體材料，在硫化過(guò)程中，其界面層可交聯(lián)為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成完全一體式結(jié)構(gòu)，避免了器件在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，各功能層因應(yīng)力失配而發(fā)生彼此脫離的現(xiàn)象。硫化成型前，與摩擦層下表面以及中間電極層上表面接觸的模具表面覆蓋有180目砂紙，在高溫高壓硫化成型時(shí)，摩擦層下表面及中間電極層上表面與砂紙發(fā)生擠壓，表面產(chǎn)生微形變，硫化結(jié)束時(shí)可將砂紙從摩擦層下表面以及中間電極層上表面剝離，從而可得到帶有微納結(jié)構(gòu)的摩擦表面。表面微納結(jié)構(gòu)的引入可增大摩擦層的比表面，從而提升有效接觸面積和摩擦電荷密度。在壓電復(fù)合材料制備過(guò)程中，BTO微粒被選用作為壓電相填充物。圖3所示為BTO的XRD和拉曼圖譜，將XRD的多個(gè)衍射峰分別與鈦酸鋇標(biāo)準(zhǔn)卡對(duì)比，可以看出其擇優(yōu)取向?yàn)?110)晶相。在拉曼譜圖中，可以看出在305～720 cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)3個(gè)頻移峰，分別對(duì)應(yīng)E(TO)、A1(TO)和A1(LO) 3個(gè)模式，結(jié)合XRD結(jié)果可知，BTO具有良好的結(jié)晶度和優(yōu)異的鐵電四方晶體結(jié)構(gòu)。2 工作原理
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于PVDF-TrFE薄膜的柔性自供電傳感器[J]. 郭雪培,侯曉娟,楊玉華,李修丞,丑修建. 儀器儀表學(xué)報(bào). 2018(07)
[2]基于能量管理的單兵供電系統(tǒng)研究[J]. 邢婭浪,何鑫,李雙原. 移動(dòng)電源與車(chē)輛. 2015(02)
[3]英國(guó)研發(fā)利用動(dòng)能發(fā)電的單兵裝備[J]. 魯陶. 山東陶瓷. 2012(01)
本文編號(hào)：3509427
【文章來(lái)源】：兵器裝備工程學(xué)報(bào). 2020,41(10)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)
【部分圖文】：
P-TENG制備流程示意圖
圖1 P-TENG制備流程示意圖由于各功能層均采用相同的基體材料，在硫化過(guò)程中，其界面層可交聯(lián)為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成完全一體式結(jié)構(gòu)，避免了器件在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，各功能層因應(yīng)力失配而發(fā)生彼此脫離的現(xiàn)象。硫化成型前，與摩擦層下表面以及中間電極層上表面接觸的模具表面覆蓋有180目砂紙，在高溫高壓硫化成型時(shí)，摩擦層下表面及中間電極層上表面與砂紙發(fā)生擠壓，表面產(chǎn)生微形變，硫化結(jié)束時(shí)可將砂紙從摩擦層下表面以及中間電極層上表面剝離，從而可得到帶有微納結(jié)構(gòu)的摩擦表面。表面微納結(jié)構(gòu)的引入可增大摩擦層的比表面，從而提升有效接觸面積和摩擦電荷密度。在壓電復(fù)合材料制備過(guò)程中，BTO微粒被選用作為壓電相填充物。圖3所示為BTO的XRD和拉曼圖譜，將XRD的多個(gè)衍射峰分別與鈦酸鋇標(biāo)準(zhǔn)卡對(duì)比，可以看出其擇優(yōu)取向?yàn)?110)晶相。在拉曼譜圖中，可以看出在305～720 cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)3個(gè)頻移峰，分別對(duì)應(yīng)E(TO)、A1(TO)和A1(LO) 3個(gè)模式，結(jié)合XRD結(jié)果可知，BTO具有良好的結(jié)晶度和優(yōu)異的鐵電四方晶體結(jié)構(gòu)。
由于各功能層均采用相同的基體材料，在硫化過(guò)程中，其界面層可交聯(lián)為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成完全一體式結(jié)構(gòu)，避免了器件在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，各功能層因應(yīng)力失配而發(fā)生彼此脫離的現(xiàn)象。硫化成型前，與摩擦層下表面以及中間電極層上表面接觸的模具表面覆蓋有180目砂紙，在高溫高壓硫化成型時(shí)，摩擦層下表面及中間電極層上表面與砂紙發(fā)生擠壓，表面產(chǎn)生微形變，硫化結(jié)束時(shí)可將砂紙從摩擦層下表面以及中間電極層上表面剝離，從而可得到帶有微納結(jié)構(gòu)的摩擦表面。表面微納結(jié)構(gòu)的引入可增大摩擦層的比表面，從而提升有效接觸面積和摩擦電荷密度。在壓電復(fù)合材料制備過(guò)程中，BTO微粒被選用作為壓電相填充物。圖3所示為BTO的XRD和拉曼圖譜，將XRD的多個(gè)衍射峰分別與鈦酸鋇標(biāo)準(zhǔn)卡對(duì)比，可以看出其擇優(yōu)取向?yàn)?110)晶相。在拉曼譜圖中，可以看出在305～720 cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)3個(gè)頻移峰，分別對(duì)應(yīng)E(TO)、A1(TO)和A1(LO) 3個(gè)模式，結(jié)合XRD結(jié)果可知，BTO具有良好的結(jié)晶度和優(yōu)異的鐵電四方晶體結(jié)構(gòu)。2 工作原理
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于PVDF-TrFE薄膜的柔性自供電傳感器[J]. 郭雪培,侯曉娟,楊玉華,李修丞,丑修建. 儀器儀表學(xué)報(bào). 2018(07)
[2]基于能量管理的單兵供電系統(tǒng)研究[J]. 邢婭浪,何鑫,李雙原. 移動(dòng)電源與車(chē)輛. 2015(02)
[3]英國(guó)研發(fā)利用動(dòng)能發(fā)電的單兵裝備[J]. 魯陶. 山東陶瓷. 2012(01)
本文編號(hào)：3509427
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