本文關(guān)鍵詞：基于PDMS復(fù)合膜的柔性摩擦電納米發(fā)電機(jī)的研究

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【摘要】：在信息高速發(fā)達(dá)的當(dāng)今社會(huì),以“移動(dòng)、實(shí)時(shí)、智能”為特征的技術(shù)與商業(yè)模式變革正潛移默化地推動(dòng)著。進(jìn)而對(duì)全球能源體系提出了新的挑戰(zhàn),可移動(dòng)、全天候、高效率的供應(yīng)模式的移動(dòng)能源將定義能源需求新篇章。目前全球范圍內(nèi)正在悄然興起各類可移動(dòng)分布式發(fā)電技術(shù),基于壓電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)、摩擦電效應(yīng)和靜電感應(yīng)的納米發(fā)電機(jī)正是其中之一。它可以從環(huán)境中收集的能量,通過(guò)能量轉(zhuǎn)換來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)線可移動(dòng)電子器件及其設(shè)備,實(shí)現(xiàn)能量供給。鑒于其在自驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的潛在的應(yīng)用前景以及急需進(jìn)一步深究與探討。本文基于PDMS復(fù)合膜,對(duì)柔性摩擦納米發(fā)電機(jī)進(jìn)行了研究,主要的研究工作如下:1合成了PDMS@GPs復(fù)合膜,系統(tǒng)地研究和對(duì)比分析了基于該膜的不同條件下的摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出電流、輸出電壓和輸出功率。我們發(fā)現(xiàn):納米發(fā)電機(jī)既充當(dāng)一個(gè)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備又充當(dāng)一個(gè)能量輸出設(shè)備。電容式結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電機(jī)的電容量越大,聚合物材料的表面電荷密度就越大。GPs尺寸為20-30 nm,摻雜比例為3.0%的介電層膜的有效介電層厚度d減少了34.68%,相應(yīng)的表面電荷密度增加了111.27%,輸出功率密度可以達(dá)到3.7 W/m2,是基于純PDMS膜的NG的2.6倍。此外,器件具有高輸出功率、柔性、高集成性和生物兼容性等,在柔性傳感器和生物器件領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。2以水熱法合成的尺寸為500 nm的Zn O團(tuán)聚體顆粒和PDMS為原料,用刮膜法制備PDMS@Zn O復(fù)合膜,再用HCl刻蝕Zn O,得到表面和內(nèi)部都圖案化的多孔蟻穴狀的PDMS柔性透明膜,并結(jié)合PET基底的石墨烯透明電極,制備出柔性透明摩擦納米發(fā)電機(jī)。對(duì)比分析了基于刻蝕摻雜不同量的Zn O團(tuán)聚體顆粒的PDMS復(fù)合膜的摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出,發(fā)現(xiàn)Zn O的最佳摻雜量為25%。器件的最大電流為7.8μA(1.95μA/cm2),最大電壓達(dá)到271 V,最大輸出功率可以達(dá)到0.39 m W,最大表面電荷密度可以達(dá)到9.8 n C(2.45 n C/cm2)。并對(duì)電學(xué)性能得到增強(qiáng)的機(jī)理進(jìn)行了分析和總結(jié),通過(guò)增大復(fù)合膜表面的粗糙度來(lái)增大摩擦,又通過(guò)直接減少有機(jī)介電層的有效介電層厚度的方法來(lái)增加器件的電容量,從而增加膜的表面電荷密度,達(dá)到增大輸出功率。3將基于多孔蟻穴狀PDMS復(fù)合膜和石墨烯透明電極的柔性納米發(fā)電機(jī)應(yīng)用于速度和重量傳感器,該傳感器既可以用于測(cè)定驅(qū)動(dòng)物體的速度又可以用于測(cè)定驅(qū)動(dòng)物體的重量,輸出電流的峰值表征重量,峰值間的間距間接表征速度,同時(shí)該傳感器產(chǎn)生的電能輸出可以儲(chǔ)存在儲(chǔ)電能的設(shè)備中用于驅(qū)動(dòng)傳感器的電路系統(tǒng)。因此可以分別和同時(shí)測(cè)得運(yùn)動(dòng)物體的速度和重量,在交通電子測(cè)速和測(cè)超載方面有廣泛的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：柔性納米發(fā)電機(jī) PDMS 駐極體 速度與重量傳感器 自驅(qū)動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM31
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-22
• 1.1 引言9-11
• 1.2 納米發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介11-19
• 1.2.1 高聚物駐極體材料簡(jiǎn)介11
• 1.2.2 電活性聚合物材料簡(jiǎn)介11-12
• 1.2.3 納米發(fā)電機(jī)的介紹及其分類12-18
• 1.2.4 納米發(fā)電機(jī)的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 論文的選題思路及其主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 1.4 論文的創(chuàng)新點(diǎn)21-22
• 2 基于導(dǎo)電石墨粉摻雜的PDMS復(fù)合膜的柔性納米發(fā)電機(jī)的研究22-39
• 2.1 引言22-25
• 2.1.1 PDMS@GPs復(fù)合膜及其基于該膜的CFNG的制備23-24
• 2.1.2 CFNG的測(cè)試與表征24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析25-37
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果25-26
• 2.2.2 GPs對(duì)CFNG的電學(xué)輸出性能的影響26-30
• 2.2.3 CFNG尺寸與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化30-32
• 2.2.4 CFNG的工作機(jī)理32-37
• 2.3 本章小結(jié)37-39
• 3 基于多孔蟻穴狀PDMS復(fù)合膜和石墨烯透明電極的柔性透明摩擦電納米發(fā)電機(jī)的研究39-56
• 3.1 引言39-44
• 3.1.1 ZnO團(tuán)聚體顆粒的合成40-41
• 3.1.2 石墨烯-導(dǎo)電高分子透明電極的制備41
• 3.1.3 多孔蟻穴狀PDMS復(fù)合膜的制備41-42
• 3.1.4 基于多孔蟻穴狀PDMS復(fù)合膜的FT-TENG和速度與重量傳感器的制備42-43
• 3.1.5 FT-TENG的測(cè)試與表征43-44
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析44-53
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果44-49
• 3.2.2 FT-TENG的工作機(jī)理49-53
• 3.3 基于FT-TENG的速度與重量傳感器的分析53-55
• 3.4 本章小結(jié)55-56
• 4 結(jié)論與展望56-59
• 4.1 主要結(jié)論56-57
• 4.2 后續(xù)工作與展望57-59
• 致謝59-60
• 參考文獻(xiàn)60-66
• 附錄66-67
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文66-67
• B. 發(fā)明專利67
• C. 作者在攻讀碩士期間參加的科研項(xiàng)目及獲獎(jiǎng)情況67

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