聲表面波器件已經(jīng)被廣泛商用于通訊領域,同時,研究者們也在探索其在傳感器領域應用。現(xiàn)實生活中,很多情況下都需要將聲表面波器件安裝在非平面上進行工作,而傳統(tǒng)的聲表面波器件大多制作在剛性襯底（硅、普通玻璃等）或者壓電體材料（鈮酸鋰、石英等）上,限制了它在特定領域內的應用。因此,研究基于柔性聲表面波器件的傳感器,可以為聲表面波在現(xiàn)實生活中的開辟一條新的道路。傳感器網(wǎng)絡作為物聯(lián)網(wǎng)中最基礎的組成部分之一,擁有著大量的接入傳感器總數(shù)。如果使用傳統(tǒng)的傳感器技術組成傳感器網(wǎng)絡,每個傳感器都需要單獨配置電池,這會耗費大量的成本,另外監(jiān)測和維護這些電池的使用情況也幾乎是一個不可能完成的任務。一種可能的解決辦法是使用無源或者自供能器件,本文研究了基于兩種壓電和摩擦起電效應的無源或自供能器件,并探索它們在傳感器領域內的應用。本研究工作的主要內容和成果如下:（1）利用康寧超薄玻璃、ZnO壓電和ITO透明薄膜材料制作了透明柔性聲表面波器件。相比于普通硬質玻璃SAW器件,基于柔性玻璃的SAW器件具有更好的透光性同時保持了相當?shù)碾妼W性能。透明柔性器件在±3000微應變下?lián)碛休^快的響應速度,諧振頻率隨應變大小的變化具有較... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：163 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１延遲線型聲表面波基本結構（ａ）和瑞利波在壓電材料中傳播的橫截面圖（ｂ）

如被設計利用于汽車火車運行情況監(jiān)控的無線無源溫度氣壓ＳＡＷ傳感器系統(tǒng)ｔ１９＼??隨著ＳＡＷ傳感器研究的愈發(fā)成熟，工業(yè)界也已經(jīng)出現(xiàn)了?一些消費級的ＳＡＷ??傳感器產品，例如圖１．?２法國ＳＥＮＳｅＯＲ公司生產設計的無線無源ＳＡＷ溫度傳??感器監(jiān)測高壓電力設備的運行溫度情況。??（ａ）?（ｂｆ??圖１．２法國ＳＥＮＳｅＯＲ公司設計的無線無源溫度傳感器（ａ）被設置在高壓電力設備??（ｂ）上檢測工作情況。??另外，隨著近些年柔性電子和可穿戴設備的進一步發(fā)展，原來只制備在剛性??壓電材料上的ＳＡＷ器件也被創(chuàng)新性的制備在了各種各樣的柔性襯底上，比如聚??酰亞胺（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ，ＰＩ）薄膜＿、聚對苯二曱酸乙二醇酷（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ?Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ，??ＰＥＴ）薄膜［２１］、柔性坡璃上［２２］和超薄鈮酸鋰［２３］等。而基于這些柔性襯底的柔性??ＳＡＷ器件被制作成了溫度、濕度、紫外和應力等傳感器。??１．３摩擦納米發(fā)電機??１．３．１摩擦納米發(fā)電機概述及其傳感原理??于公元前６００年左右，古希臘時期的科學家泰勒斯就已經(jīng)記載了摩擦起電現(xiàn)??象：通過摩擦羊毛和琥珀能使琥珀吸引其它物體。摩擦起電的效應大致可以描述??為兩種材料進過摩擦之后，它們會帶上電荷，而電荷的正負則取決于這兩種材料??的相對極性。直到現(xiàn)在摩擦起電現(xiàn)象還是無法被精確的定量描述，因為它的物理??５??

大的能量輸出和極低的制作成本等優(yōu)點，引起了廣泛的注意和極大的投入，??ＴＥＮＧ的研究獲得了迅猛的發(fā)展，輸出功率近些年來取得了巨大的提高。僅統(tǒng)計??佐治亞大學和中科院納米能源所王中林課題組的成果［２７］，如圖１．５所示，雖然??２０１２年第一個ＴＥＮＧ的輸出電壓只有３．３伏特，輸出功率密度僅僅有３．６７毫瓦／??平方米，但是通過摩擦材料選取優(yōu)化和發(fā)電機結構設計等方法，輸出功率得到了??指數(shù)級的增長，到２０１４年４月左右，通過利用ＴＥＮＧ的水平滑動模式的工作方??式［２８］，最大的輸出功率密度已經(jīng)到達了約５００瓦／平方米，是第一個ＴＥＮＧ的１３??萬倍左右。而且通過改變不同的工作模式，ＴＥＮＧ被設計成可以收集自然界中許??多原本很難被收集到的機械能，比如有風的吹動［２９］、雨的滴落［３Ｇ］和人的步行［３１］??等等。??除了利用ＴＥＮＧ作為能量源直接供給用電器使用


本文編號：3550135