基于纳米发电机的完全自供能紫外探测系统

发布时间：2019-11-24 02:50

【摘要】：自供能系统是一种无需外加电源,从环境中收集能量实现能量自供的新型功能器件,在大范围环境监测、人体健康监测、军事侦察、生物医疗、安全防护等领域有着诱人的应用前景。虽然基于纳米发电机的自供能系统有了一定的发展,但完全自供能的传感系统仍然需要进一步的完善优化。本文围绕着完全自供能传感系统主要开展了基于聚偏二氟乙烯(PVDF)/尼龙11(PA11)复合薄膜的压电纳米发电机、基于静电纺丝纳米线的摩擦纳米发电机、完全自供能的紫外强度等级探测系统和具有紫外响应的摩擦纳米发电机的研究工作。利用PVDF/PA11复合压电薄膜制备出具有较高输出性能的压电纳米发电机,其输出电压达到3.2 V,输出电流达到13.2μA。研究了这种压电纳米发电机在不同驱动力下的输出性能,发现压电纳米发电机的输出电压和输出电流信号随着驱动力的增加而变大。我们使用这种压电纳米发电机实时点亮了商用发光二极管,证明这种压电纳米发电机可以作为供能单元为一些微型器件进行供电。最后将这种压电纳米发电机和ZnO纳米线紫外传感器进行串联,制作出自供能的紫外传感器,实现了紫外光强度的自供能探测。将静电纺丝纳米线作为摩擦纳米发电机的摩擦层,成功制作出基于静电纺丝纳米线的摩擦纳米发电机。通过对比实验,我们证明了静电纺丝纳米线对摩擦纳米发电机的输出性能有显著地提升效果。这种基于静电纺丝纳米线的摩擦纳米发电机在线性马达的驱动下输出电压达到1163 V,输出电流为211μA。利用这种高输出的摩擦纳米发电机,我们成功点亮了140个商用的红色发光二极管并首次实现了微型电机的实时驱动。利用高输出性能的摩擦纳米发电机、ZnO电纺纳米线紫外传感器、发光二极管、分流电阻和稳压二极管,我们设计并制作出一种完全自供能的紫外强度等级探测系统。这种完全自供能紫外强度等级探测系统能够利用人体机械能精确地探测并显示出所处环境的紫外线强度等级。人们可以随时随地使用这种自供能紫外探测系统探知所处环境的紫外线强度等级并采取相应的防护措施。这个工作成功地将自供能系统应用于人类公共卫生领域。利用ZnO和PVDF作为摩擦纳米发电机的两个摩擦层,我们制作出具有紫外响应的摩擦纳米发电机,实现了供能单元与传感单元的集成。这种纳米发电机同时具有供电和传感两种特性,为制备高集成低功耗的自供能传感器提供了一种简单可行的方法。利用这种具有紫外响应的摩擦纳米发电机,我们实现了2nW/cm2紫外光的自供能探测。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM31;TB383.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;“只要能动,就能发电”华人科学家研制出纤维纳米发电机[J];材料工程;2008年04期

2 ;美国华人科学家研制出“纤维纳米发电机”[J];工程塑料应用;2008年04期

3 ;美科学家开发活体肌肉伸缩带动的纳米发电机[J];材料工程;2009年03期

4 ;纳米发电机:移动身体就可发电[J];现代职业安全;2009年05期

5 ;高性能纳米发电机研究获进展[J];技术与市场;2013年07期

6 王中林;;纳米发电机作为可持续性电源与有源传感器的商业化应用[J];中国科学:化学;2013年06期

7 杨涛;;王中林小组开发出具有高电压输出的纳米发电机[J];功能材料信息;2010年02期

8 赵安中;;王中林教授日前在东方科技论坛上再谈纳米发电机[J];功能材料信息;2006年04期

9 ;摩擦纳米发电机输出功率实现飞跃[J];功能材料信息;2014年02期

10 ;王中林小组研制出纤维纳米发电机[J];材料导报;2008年S2期

相关会议论文 前3条

1 ;中国研制成功水能摩擦纳米发电机,可收集海浪能量![A];中国农机工业协会风能设备分会《中小型风能设备与应用》（2014年第3期）[C];2014年

2 王现英;程宏斌;郑学军;;基于ZnO纳米线的微纳能量转换器件[A];第16届全国疲劳与断裂学术会议会议程序册[C];2012年

3 江鹏;于爱芳;王中林;;垂直集成的氧化锌纳米发电机[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 张忠霞;美国华人科学家发明交流纳米发电机[N];新华每日电讯;2008年

2 张忠霞;封装型交流纳米发电机问世[N];中国石化报;2008年

3 记者 石玉平;我国研制出水能摩擦纳米发电机[N];中国船舶报;2014年

4 通讯员 李峥;中科院研制成功“水能摩擦纳米发电机”[N];中国电力报;2014年

5 李峥巍;我国研制成功水能摩擦纳米发电机[N];中国海洋报;2014年

6 葛秋芳;借助纳米发电机,心跳都能发电[N];新华每日电讯;2008年

7 记者 栾辉;中国科学家研制出纤维纳米发电机[N];各界导报;2008年

8 本报记者 刘霞;纳米发电机,小材有大用[N];科技日报;2010年

9 记者 刘霞;首个可商用的纳米发电机问世[N];科技日报;2011年

10 记者媛媛;我市与美国新能源公司签订“纳米发电机项目”合作协议[N];唐山劳动日报;2011年

相关博士学位论文 前7条

1 崔暖洋;压电发电机与摩擦电发电机对环境中微弱机械能的收集[D];兰州大学;2015年

2 苏元捷;摩擦纳米发电机设计与制备及应用研究[D];电子科技大学;2015年

3 郑有斌;基于纳米发电机的完全自供能紫外探测系统[D];兰州大学;2015年

4 阙荣辉;硅碳纳米材料在纳米发电机中的应用研究[D];苏州大学;2012年

5 张虎林;摩擦电纳米发电机（TENG）的结构设计及其相关应用研究[D];重庆大学;2014年

6 邱宇;氧化锌微纳结构的生长及其压电器件研究[D];大连理工大学;2013年

7 白所;自供能紫外传感器[D];兰州大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 何恺;PMN-PT纳米线的水热合成研究与柔性纳米发电机的制备[D];江苏大学;2015年

2 岳旭乐;基于Ag纳米线电极的ZnO纳米管/PDMS介电膜纳米发电机的研究[D];重庆大学;2015年

3 冷强;基于热释电、摩擦电效应的纳米发电机及其应用的研究[D];重庆大学;2015年

4 贺显明;基于PDMS复合膜的柔性摩擦电纳米发电机的研究[D];重庆大学;2015年

5 顾陇;一维锆钛酸铅纳米材料的制备及高输出纳米发电机的制作[D];兰州大学;2013年

6 毛梦烨;无机盐掺杂聚偏氟乙烯纳米发电机的制备[D];东华大学;2014年

7 钱程;GaN纳米线的制备及在纳米发电机领域的应用[D];辽宁师范大学;2012年

8 肖鑫泽;基于PDMS微纳结构的纯柔性单电极摩擦电纳米发电机[D];吉林大学;2015年

9 王军艳;取向ZnO纳米线阵列的制备及在纳米发电机中的应用[D];辽宁师范大学;2012年

10 孙婧;基于生物相容性材料摩擦电发电机的制备及性能研究[D];天津理工大学;2015年

，

本文编号：2565238