本文關(guān)鍵詞：基于石墨烯的摩擦發(fā)電器件的構(gòu)建及其性能研究

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【摘要】：自從摩擦電發(fā)電機(jī)于2012年被提出以后,由于其具有能夠收集環(huán)境中微小的、廢棄的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能、結(jié)構(gòu)和工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),受到越來越多的關(guān)注。目前,基于石墨烯的透明摩擦發(fā)電機(jī)的研究還非常少。本論文基于垂直接觸分離結(jié)構(gòu)摩擦電發(fā)電機(jī)的工作原理,設(shè)計(jì)并制備基于石墨烯的透明摩擦電發(fā)電機(jī),并研究其電學(xué)性能,進(jìn)而提出三種能夠有效提高其輸出功率密度的方法。主要內(nèi)容與結(jié)論如下。1.研究了電極結(jié)構(gòu)對(duì)透明摩擦電發(fā)電機(jī)電學(xué)性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:以常用的透明電極ITO和石墨烯薄膜為電極材料,運(yùn)用它們的不同組合,以聚酰亞胺和PET為摩擦層,制備出了四種不同電極的透明摩擦電發(fā)電機(jī);在同樣條件下測(cè)試了各自的電學(xué)性能,并研究了石墨烯與ITO薄膜的特性;由于石墨烯薄膜優(yōu)異的柔韌性能和ITO的高電導(dǎo)性,使以石墨烯為上電極、ITO為下電極的透明摩擦電發(fā)電機(jī)輸出功率最高,這表明設(shè)計(jì)合適的電極結(jié)構(gòu)能夠有效的提高發(fā)電機(jī)的輸出功率密度。2.研究了不同負(fù)摩擦電材料對(duì)透明摩擦電發(fā)電機(jī)電學(xué)性能的影響規(guī)律。選擇了PI、AZ5214光刻膠、PMMA和PDMS作為負(fù)摩擦電材料,制備出了四種不同摩擦電材料的透明摩擦電發(fā)電機(jī)并研究了其電學(xué)性能;由于AZ5214光刻膠和PDMS都具有超強(qiáng)的得電子能力,導(dǎo)致摩擦層表面產(chǎn)生更多的凈電荷,使以此兩種物質(zhì)為負(fù)摩擦電材料的透明摩擦電發(fā)電機(jī)的輸出功率最高;綜合對(duì)比了材料的價(jià)格、存儲(chǔ)條件、發(fā)電機(jī)的電學(xué)性能和透光率,確定了PDMS是透明摩擦電發(fā)電機(jī)最佳的負(fù)摩擦電材料。3.優(yōu)化了PDMS表面圖形化工藝,并研究了圖形化對(duì)摩擦電發(fā)電機(jī)電學(xué)性能的影響規(guī)律。研究表明:當(dāng)SF6流量為50 sccm、O2流量為10 sccm、He流量為10sccm、Ar流量為10 sccm、反應(yīng)刻蝕功率160 W和反應(yīng)時(shí)間10 min時(shí),能獲得良好的PDMS圖形并能制備性能良好的摩擦發(fā)電機(jī);圖形化的PDMS摩擦電發(fā)電機(jī)的電學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于未圖形化的發(fā)電機(jī),其原因在于PDMS表面被圖形化,增加了粗糙度、增大了摩擦力,從而增加了凈摩擦電荷的產(chǎn)生量,從而提高了透明摩擦發(fā)電機(jī)的發(fā)電性能;這表明使摩擦層圖形化是一種增加透明摩擦電發(fā)電機(jī)的輸出功率密度有效方法。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM31;TQ127.11

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本文編號(hào)：1255728