面向能量采集的低阻抗BTO/CNT复合薄膜的制备及其特性研究
发布时间：2021-06-23 18:58
在本文中我们结合压电效应与摩擦效应的各自特点，提出一种同时利用压电电势与摩擦电势结合的方法，以获得一种面向能量采集的，对环境友好的低阻抗、高输出电压、高输出功率的复合薄膜（P-TENG）。具体来说，在该结构的设计过程中我们利用表面具有金字塔状摩擦结构的PDMS（聚二甲基硅氧烷）薄膜来增强器件的输出性能。同时，我们在薄膜的制备过程中掺入压电钛酸钡纳米颗粒（BTO，平均粒径30nm）和多壁碳纳米管（MW-CNT，平均粒径20nm）。实验发现，当BTO与MW-CNT的体积比（N）为2：3以及BTO与MW-CNT混合颗粒占PDMS基体的体积比为9%时，经过加热就得到具有高电导率、高韧性的压电-摩擦复合薄膜。并且通过拟合实验数据发现其电导率模型符合一元三次方程。并在对复合薄膜的极化过程的研究中，找到了最佳的极化电场、时间与温度。进一步，我们将经过预处理的PET/ITO导电膜作为上电极，铝箔作为底电极构成拱形能量采集器的简单模型（2cm*4cm）。在20Hz的最优外加频率下，该能量采集器的峰值电压可达22V、短路电流为9μA、电流密度为1.13μ A/cm2。这是仅有摩擦效应能量采集器输出的六倍、...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BaTiO3的晶体结构图
小球代表碳原子，长条连接物则代lydimethylsiloxane，PDMS)俗称美国肌肉材分子聚合物材料[12]；它具有原材料成本不优异的特点。通常情况下该材料常温下为一度升高时，聚二甲基硅氧烷可以固化为类似艺简单，只需配好主剂与固化剂的比例即可透明弹性体。并且可以在零下五十度到二百规应用场合。最重要的是它具有很好的生物聚二甲基硅氧烷的以上这些优点，所以选择压电材料的有效载体。
经过上节的讨论，在经过BTO与CNT纳米颗粒的预处理后，得到了混合均匀的BTO/CNT混合颗粒，我们将混合颗粒与PDMS溶胶均匀混合后，利用可调式刮刀涂膜器如图2.4(b)所示，将混合物均匀涂敷于具有微结构的清洁硅片上，如图2.3所示硅片表面具有倒金字塔状的表面结构（采用光刻工艺与湿法工艺制备）。当将混合物在真空条件下加热后撕下，得到最终的具有金字塔状突起的复合薄膜，如图2.4所示为制备复合薄膜的流程图。刮刀涂膜器是一种利用简单的测微装置（微分器）对膜厚进行测量的装置。在使用
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BTO/CNTs复合压电薄膜制备[J]. 李俊漾,张强,臧俊斌,高立波,海振银,薛晨阳. 传感器与微系统. 2013(11)
[2]Low-frequency wide-band hybrid energy harvester based on piezoelectric and triboelectric mechanism[J]. HAN MengDi,ZHANG XiaoSheng,LIU Wen,SUN XuMing,PENG XuHua,ZHANG HaiXia. Science China（Technological Sciences）. 2013(08)
[3]两种碳材料混合填充聚合物复合材料的导电特性及渗流阈值的计算模型[J]. 刘恩隆,刘煜. 功能高分子学报. 2011(03)
[4]利用脉冲激光沉积法制备高Mg掺杂的六方相MgZnO薄膜[J]. 朱德亮,陈吉星,曹培江,贾芳,柳文军,马晓翠,吕有明. 发光学报. 2010(02)
[5]0.98Na0.5Bi0.5TiO3-0.02NaNbO3无铅压电陶瓷的极化研究[J]. 吕剑明,范冠锋,曹建新,刘佳,梁丽鹏. 材料开发与应用. 2009(06)
[6]新兴尖端技术——纳米发电机和纳米压电电子学[J]. 王中林. 光学与光电技术. 2009(06)
[7]聚二甲基硅氧烷膜在渗透汽化技术中的研究进展[J]. 由涛,陈龙祥,张庆文,张继民,洪厚胜. 化工新型材料. 2009(09)
[8]溶胶-凝胶法制备的ZnO∶Al薄膜的表面形貌与导电性[J]. 谭红琳,孙福来,方来鹏,邓德国. 半导体光电. 2009(02)
[9]碳纳米管和炭黑在橡胶体系增强的协同效应[J]. 范壮军,王垚,罗国华,李志飞,魏飞. 新型炭材料. 2008(02)
[10]射频磁控溅射生长C轴择优取向AlN压电薄膜[J]. 杨保和,徐娜,陈希明,薛玉明,李化鹏. 光电子.激光. 2007(12)
本文编号：3245484
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BaTiO3的晶体结构图
小球代表碳原子，长条连接物则代lydimethylsiloxane，PDMS)俗称美国肌肉材分子聚合物材料[12]；它具有原材料成本不优异的特点。通常情况下该材料常温下为一度升高时，聚二甲基硅氧烷可以固化为类似艺简单，只需配好主剂与固化剂的比例即可透明弹性体。并且可以在零下五十度到二百规应用场合。最重要的是它具有很好的生物聚二甲基硅氧烷的以上这些优点，所以选择压电材料的有效载体。
经过上节的讨论，在经过BTO与CNT纳米颗粒的预处理后，得到了混合均匀的BTO/CNT混合颗粒，我们将混合颗粒与PDMS溶胶均匀混合后，利用可调式刮刀涂膜器如图2.4(b)所示，将混合物均匀涂敷于具有微结构的清洁硅片上，如图2.3所示硅片表面具有倒金字塔状的表面结构（采用光刻工艺与湿法工艺制备）。当将混合物在真空条件下加热后撕下，得到最终的具有金字塔状突起的复合薄膜，如图2.4所示为制备复合薄膜的流程图。刮刀涂膜器是一种利用简单的测微装置（微分器）对膜厚进行测量的装置。在使用
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BTO/CNTs复合压电薄膜制备[J]. 李俊漾,张强,臧俊斌,高立波,海振银,薛晨阳. 传感器与微系统. 2013(11)
[2]Low-frequency wide-band hybrid energy harvester based on piezoelectric and triboelectric mechanism[J]. HAN MengDi,ZHANG XiaoSheng,LIU Wen,SUN XuMing,PENG XuHua,ZHANG HaiXia. Science China（Technological Sciences）. 2013(08)
[3]两种碳材料混合填充聚合物复合材料的导电特性及渗流阈值的计算模型[J]. 刘恩隆,刘煜. 功能高分子学报. 2011(03)
[4]利用脉冲激光沉积法制备高Mg掺杂的六方相MgZnO薄膜[J]. 朱德亮,陈吉星,曹培江,贾芳,柳文军,马晓翠,吕有明. 发光学报. 2010(02)
[5]0.98Na0.5Bi0.5TiO3-0.02NaNbO3无铅压电陶瓷的极化研究[J]. 吕剑明,范冠锋,曹建新,刘佳,梁丽鹏. 材料开发与应用. 2009(06)
[6]新兴尖端技术——纳米发电机和纳米压电电子学[J]. 王中林. 光学与光电技术. 2009(06)
[7]聚二甲基硅氧烷膜在渗透汽化技术中的研究进展[J]. 由涛,陈龙祥,张庆文,张继民,洪厚胜. 化工新型材料. 2009(09)
[8]溶胶-凝胶法制备的ZnO∶Al薄膜的表面形貌与导电性[J]. 谭红琳,孙福来,方来鹏,邓德国. 半导体光电. 2009(02)
[9]碳纳米管和炭黑在橡胶体系增强的协同效应[J]. 范壮军,王垚,罗国华,李志飞,魏飞. 新型炭材料. 2008(02)
[10]射频磁控溅射生长C轴择优取向AlN压电薄膜[J]. 杨保和,徐娜,陈希明,薛玉明,李化鹏. 光电子.激光. 2007(12)
本文编号：3245484
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