隨著資源短缺與環(huán)境污染等問題加劇,清潔能源的高效轉化和綠色傳感器件的開發(fā)成為研究熱點。木質纖維素資源具有儲量豐富、可再生、可生物降解等諸多優(yōu)點,在環(huán)境友好型先進材料制備與功能器件開發(fā)等領域具有廣闊的應用前景。本研究通過簡便綠色的技術手段,設計并構建了一系列新型纖維素紙基柔性能源與傳感器件,研究了器件工作性能與工作機理,實現(xiàn)了在能源轉化和應變/壓力傳感領域的應用,促進了綠色能源和柔性可穿戴設備的可持續(xù)發(fā)展。論文的主要研究工作包括以下幾個方面:(1)纖維素納米紙應用于太陽能電池。通過真空輔助抽濾TEMPO氧化納米纖維素(TOCNF)和硅烷化處理,制備了一種高透明度(90.2%)、高霧度(46.5%)、超疏水(接觸角159.6°,滑動角5.8°)纖維素納米紙。相比于原始纖維素納米紙,硅烷化處理在納米紙表面構建了“珍珠項鏈狀”聚硅氧烷纖維,使該納米紙的抗水性(接觸角)提高了70.7%,同時保留了原有高透明度與高霧度。所開發(fā)的超疏水納米紙同時具備光管理與自清潔功能,其大幅提高了商業(yè)太陽能電池的光電轉化效率(10.43%),同時顯著改善了太陽能電池因灰塵積累而造成的工作效率下降問題。(2)纖維素皺...

【文章頁數(shù)】：161 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 纖維素
    1.3 納米纖維素
        1.3.1 納米纖維素的分類
        1.3.2 納米纖維素的制備
    1.4 纖維素紙基功能材料的構建
        1.4.1 打印與印刷
        1.4.2 涂布
        1.4.3 混合摻雜
        1.4.4 化學改性與原位聚合
        1.4.5 高溫碳化
    1.5 纖維素紙基能源器件
        1.5.1 能源轉化器件
        1.5.2 能源儲存器件
    1.6 纖維素紙基傳感器件
        1.6.1 應變/壓力傳感器
        1.6.2 生物傳感器
        1.6.3 氣體傳感器
        1.6.4 濕度傳感器
        1.6.5 溫度傳感器
    1.7 本論文研究目的、意義和主要內容
        1.7.1 研究目的與意義
        1.7.2 主要研究內容
2 高透明高霧度超疏水纖維素納米紙應用于太陽能電池
    2.1 引言
    2.2 實驗與方法
        2.2.1 實驗原料與藥品
        2.2.2 實驗儀器
        2.2.3 納米纖維素的制備
        2.2.4 纖維素納米紙的制備
        2.2.5 超疏水改性
        2.2.6 檢測與表征
    2.3 結果與討論
        2.3.1 超疏水纖維素納米紙的制備
        2.3.2 納米紙微觀形貌與化學結構
        2.3.3 納米紙光學性能
        2.3.4 納米紙浸潤性與熱穩(wěn)定性
        2.3.5 納米紙應用于太陽能電池
    2.4 本章小結
3 纖維素皺紋紙基柔性各向異性應變傳感器
    3.1 引言
    3.2 實驗與方法
        3.2.1 實驗原料與藥品
        3.2.2 實驗儀器
        3.2.3 皺紋紙?zhí)蓟幚?br>        3.2.4 柔性應變傳感器的組裝
        3.2.5 微觀形貌表征
        3.2.6 拉曼光譜表征
        3.2.7 機械性能表征
        3.2.8 應變傳感測試系統(tǒng)與器件性能表征
        3.2.9 應變傳感器與虛擬模型通信
    3.3 結果與討論
        3.3.1 皺紋紙基應變傳感器的制備與基本表征
        3.3.2 皺紋紙基應變傳感器的機電性能
        3.3.3 皺紋紙基應變傳感器的工作機理
        3.3.4 皺紋紙基應變傳感器應用于人體運動檢測與人機交互
    3.4 本章小結
4 纖維素紙基高靈敏度柔性壓力傳感器
    4.1 引言
    4.2 實驗與方法
        4.2.1 實驗原料與藥品
        4.2.2 實驗儀器
        4.2.3 皺紋紙?zhí)蓟幚?br>        4.2.4 紙基壓力傳感器的制備
        4.2.5 掃描電子顯微鏡與拉曼光譜表征
        4.2.6 機電性能表征與應用
    4.3 結果與討論
        4.3.1 紙基壓力傳感器的制備與基本表征
        4.3.2 紙基壓力傳感器的機電性能
        4.3.3 紙基壓力傳感器的工作機理
        4.3.4 紙基壓力傳感器的應用
    4.4 本章小結
5 基于纖維素復合氣凝膠薄膜的紙基壓力傳感器
    5.1 引言
    5.2 實驗與方法
        5.2.1 實驗原料與藥品
        5.2.2 實驗儀器
        5.2.3 復合氣凝膠薄膜紙基壓力傳感器的制備
        5.2.4 復合氣凝膠薄膜的基本表征
        5.2.5 復合氣凝膠薄膜紙基壓力傳感器的性能與應用
    5.3 結果與討論
        5.3.1 復合氣凝膠薄膜的制備與基本表征
        5.3.2 復合氣凝膠薄膜紙基壓力傳感器的機電性能
        5.3.3 復合氣凝膠薄膜紙基壓力傳感器的工作機理
        5.3.4 復合氣凝膠薄膜紙基壓力傳感器的應用
    5.4 本章小結
6 紙基摩擦納米發(fā)電機應用于能量收集與自供能傳感
    6.1 引言
    6.2 實驗與方法
        6.2.1 實驗原料與藥品
        6.2.2 實驗儀器
        6.2.3 紙基摩擦納米發(fā)電機的制備
        6.2.4 微觀形貌與紅外光譜表征
        6.2.5 紙基摩擦納米發(fā)電機輸出性能表征及應用
        6.2.6 紙鋼琴應用于自供能人機交互
    6.3 結果與討論
        6.3.1 紙基摩擦納米發(fā)電機的制備與基本表征
        6.3.2 紙基摩擦納米發(fā)電機的輸出性能
        6.3.3 紙基摩擦納米發(fā)電機的工作機理
        6.3.4 紙基摩擦納米發(fā)電機應用于能量收集與自供能傳感
        6.3.5 紙基摩擦納米發(fā)電機應用于自供能人機交互
    6.4 本章小結
7 結論與展望
    7.1 主要結論
    7.2 論文創(chuàng)新點
    7.3 對下一步工作的建議
參考文獻
個人簡介
導師簡介
獲得成果目錄清單
致謝



本文編號：3816402