本文關鍵詞：基于PDMS復合膜的柔性摩擦電納米發(fā)電機的研究

  更多相關文章： 柔性納米發(fā)電機 PDMS 駐極體 速度與重量傳感器 自驅動

【摘要】：在信息高速發(fā)達的當今社會,以“移動、實時、智能”為特征的技術與商業(yè)模式變革正潛移默化地推動著。進而對全球能源體系提出了新的挑戰(zhàn),可移動、全天候、高效率的供應模式的移動能源將定義能源需求新篇章。目前全球范圍內正在悄然興起各類可移動分布式發(fā)電技術,基于壓電效應、熱釋電效應、摩擦電效應和靜電感應的納米發(fā)電機正是其中之一。它可以從環(huán)境中收集的能量,通過能量轉換來驅動無線可移動電子器件及其設備,實現(xiàn)能量供給。鑒于其在自驅動領域的潛在的應用前景以及急需進一步深究與探討。本文基于PDMS復合膜,對柔性摩擦納米發(fā)電機進行了研究,主要的研究工作如下:1合成了PDMS@GPs復合膜,系統(tǒng)地研究和對比分析了基于該膜的不同條件下的摩擦納米發(fā)電機的輸出電流、輸出電壓和輸出功率。我們發(fā)現(xiàn):納米發(fā)電機既充當一個能量儲存設備又充當一個能量輸出設備。電容式結構的納米發(fā)電機的電容量越大,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%,相應的表面電荷密度增加了111.27%,輸出功率密度可以達到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域中具有廣泛的應用前景。2以水熱法合成的尺寸為500 nm的Zn O團聚體顆粒和PDMS為原料,用刮膜法制備PDMS@Zn O復合膜,再用HCl刻蝕Zn O,得到表面和內部都圖案化的多孔蟻穴狀的PDMS柔性透明膜,并結合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。對比分析了基于刻蝕摻雜不同量的Zn O團聚體顆粒的PDMS復合膜的摩擦納米發(fā)電機的輸出,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),最大電壓達到271 V,最大輸出功率可以達到0.39 m W,最大表面電荷密度可以達到9.8 n C(2.45 n C/cm2)。并對電學性能得到增強的機理進行了分析和總結,通過增大復合膜表面的粗糙度來增大摩擦,又通過直接減少有機介電層的有效介電層厚度的方法來增加器件的電容量,從而增加膜的表面電荷密度,達到增大輸出功率。3將基于多孔蟻穴狀PDMS復合膜和石墨烯透明電極的柔性納米發(fā)電機應用于速度和重量傳感器,該傳感器既可以用于測定驅動物體的速度又可以用于測定驅動物體的重量,輸出電流的峰值表征重量,峰值間的間距間接表征速度,同時該傳感器產(chǎn)生的電能輸出可以儲存在儲電能的設備中用于驅動傳感器的電路系統(tǒng)。因此可以分別和同時測得運動物體的速度和重量,在交通電子測速和測超載方面有廣泛的應用前景。
【關鍵詞】：柔性納米發(fā)電機 PDMS 駐極體 速度與重量傳感器 自驅動
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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)電機簡介11-19
• 1.2.1 高聚物駐極體材料簡介11
• 1.2.2 電活性聚合物材料簡介11-12
• 1.2.3 納米發(fā)電機的介紹及其分類12-18
• 1.2.4 納米發(fā)電機的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 論文的選題思路及其主要研究內容19-21
• 1.4 論文的創(chuàng)新點21-22
• 2 基于導電石墨粉摻雜的PDMS復合膜的柔性納米發(fā)電機的研究22-39
• 2.1 引言22-25
• 2.1.1 PDMS@GPs復合膜及其基于該膜的CFNG的制備23-24
• 2.1.2 CFNG的測試與表征24-25
• 2.2 實驗結果與分析25-37
• 2.2.1 實驗結果25-26
• 2.2.2 GPs對CFNG的電學輸出性能的影響26-30
• 2.2.3 CFNG尺寸與結構的優(yōu)化30-32
• 2.2.4 CFNG的工作機理32-37
• 2.3 本章小結37-39
• 3 基于多孔蟻穴狀PDMS復合膜和石墨烯透明電極的柔性透明摩擦電納米發(fā)電機的研究39-56
• 3.1 引言39-44
• 3.1.1 ZnO團聚體顆粒的合成40-41
• 3.1.2 石墨烯-導電高分子透明電極的制備41
• 3.1.3 多孔蟻穴狀PDMS復合膜的制備41-42
• 3.1.4 基于多孔蟻穴狀PDMS復合膜的FT-TENG和速度與重量傳感器的制備42-43
• 3.1.5 FT-TENG的測試與表征43-44
• 3.2 實驗結果與分析44-53
• 3.2.1 實驗結果44-49
• 3.2.2 FT-TENG的工作機理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55-56
• 4 結論與展望56-59
• 4.1 主要結論56-57
• 4.2 后續(xù)工作與展望57-59
• 致謝59-60
• 參考文獻60-66
• 附錄66-67
• A. 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文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目及獲獎情況67

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本文編號：684479