具有单向输出特性的微能源采集器研究
发布时间：2021-01-25 19:36
摩擦纳米发电机（TENG）作为一种新型的微能源采集器,可以通过收集环境能量来为物联网供能,是一种极具清洁性和可持续性的发电方法,具有很好的发展前景。但由于TENG的工作机理固有的交流输出特性,导致在应用中必须使用额外的整流电路将其输出的交流电转换为单向电,这不仅降低了发电机向负载传递能量的效率,还使其应用过程变得更加复杂,极大地阻碍了TENG集成化的趋势。因此,一种能够直接输出单向电流,且无需任何整流电路的TENG的研究显得尤为迫切。本文提出并验证了一种具有单向输出特性的摩擦纳米发电机（UC-TENG）的工作原理,突破了传统TENG固有的交流输出特性,由此设计了三个典型的UC-TENG装置,并进行了实际应用的演示。全文具体研究要点如下:通过引入“侧刷电极”结构,将TENG的输出电流方向固定为单向,提出了UC-TENG的工作原理。通过仿真验证后,基于该原理,设计、制备了UC-TENG装置。通过对所制备装置的测试与演示,验证了UC-TENG原理的可靠性,展示了其单向输出特性所具备的优势与潜在应用前景。结合“侧刷悬臂梁”结构,设计、制备了基于侧刷悬臂梁结构的单向输出摩擦纳米发电机（LC-TE...
【文章来源】： 刘盾 电子科技大学
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
993-2018年全球一次性能源消费体量变化趋势[3]
第一章绪论3图1-2大型可再生新能源。(a)太阳能；(b)风能；(c)水能；(d)海洋能从古至今，人类在日常生活中利用太阳能进行光热转换的应用就非常广泛，从古代的晾晒食物、围池晒盐到如今的温室大棚、太阳能热水器，都是对太阳能最直接的应用。光热转换效应的发电形式是通过太阳光的热辐射将水加热至沸腾后驱动汽轮机工作，产生电能。而人类利用光电转换效应来获取太阳能，即光伏电池技术，是起源于1838年，近五十年才日渐盛行的一种新型发电方式。在发电过程中，光电转换效应是利用光电半导体薄片直接吸收光子能量并转化为电能输出，相比于通过光热转换效应发电，省略了中间的热能转换的环节，从而使能量转换效率有相对明显的提高[5-6]。但太阳能发电在实际应用中还存在着一些暂时无法解决的问题：不同的天气、季节、时段、地理位置对太阳能的输出性能影响很大，导致其不稳定性高；且太阳能装置的花费较大。这些问题导致太阳能现在的应用率还不是很高。总之，相对于其他能源，太阳能是最具有可靠性的，且其利用过程非常有可持续化发展的特点，很少会对环境造成破坏。相信只要人类不断的革新技术，太阳能会是未来非常重要的可以重点开发的大型能源之一。(2)风能风能早在两千多年前就开始被人类应用，是一种是极具清洁性的能源。古人曾
电子科技大学硕士学位论文6现象在生活中非常常见：在日常生活中，人与人肢体接触时，时不时会被相互电到；在干燥的冬季，人们在更换衣物时会经常感受到由摩擦起电引起的小火花和“啪啪”的放电声；在科学研究和工业生产中，很多实验测试、生产平台为了防止摩擦生电导致的电荷积累对仪器、设备和电路元件产生负面影响，都需要对平台做接地和电场屏蔽，甚至要求相关人员穿着防静电服。所以摩擦电一直被人们认为是一个消极的现象，会给带来麻烦和困扰，人们也想方设法来屏蔽、消除它。图1-3展示了将梳子在和头发摩擦后，可以吸引碎纸屑的现象。图1-3生活中的摩擦起电效应其实早在中国古代，人们就观察到了一些关于摩擦起电效应的奇怪现象，例如琥珀总是能吸引一些毛发、碎稻草等轻盈细小的东西靠近它，让人觉得非常神奇。所以，琥珀，这种由松树脂滴落在地上，并经过千万年的演变形成的化石，曾被古代人们赋予了一种神秘色彩，并被视若珍宝。并且古代还有“矛端生火”的书面记载，记录了一些采用金属材料制作的矛头的尖端有时会存在向周围释放小火花的奇怪现象。但碍于当时科技的落后，人们并没有找出这种现象发生的原因。直到公元前585年，古希腊科学家、米利都学派的创始人泰勒斯在无意中发现经过毛衣摩擦后的琥珀能具有一种吸力，能够吸引羽毛，并由此做了大量实验观察和详细记录。虽然他当时认为摩擦使琥珀带上的是磁性，但这确是有记录以来，人类最开始研究静电现象。1600年，英国皇家科学院物理学家威廉·吉尔伯特对“电”和“磁”做了
【参考文献】：
期刊论文
[1]快速发展的微纳能源技术[J]. 张跃. 科学通报. 2016(12)
[2]水车起源和发展丛谈(下辑)[J]. 李根蟠. 中国农史. 2012(01)
[3]利比亚战争中的能源因素[J]. 王金岩. 亚非纵横. 2012(01)
[4]中国能源现状分析和可再生能源发展规划[J]. 史立山. 可再生能源. 2004(05)
本文编号：2999771
【文章来源】： 刘盾 电子科技大学
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
993-2018年全球一次性能源消费体量变化趋势[3]
第一章绪论3图1-2大型可再生新能源。(a)太阳能；(b)风能；(c)水能；(d)海洋能从古至今，人类在日常生活中利用太阳能进行光热转换的应用就非常广泛，从古代的晾晒食物、围池晒盐到如今的温室大棚、太阳能热水器，都是对太阳能最直接的应用。光热转换效应的发电形式是通过太阳光的热辐射将水加热至沸腾后驱动汽轮机工作，产生电能。而人类利用光电转换效应来获取太阳能，即光伏电池技术，是起源于1838年，近五十年才日渐盛行的一种新型发电方式。在发电过程中，光电转换效应是利用光电半导体薄片直接吸收光子能量并转化为电能输出，相比于通过光热转换效应发电，省略了中间的热能转换的环节，从而使能量转换效率有相对明显的提高[5-6]。但太阳能发电在实际应用中还存在着一些暂时无法解决的问题：不同的天气、季节、时段、地理位置对太阳能的输出性能影响很大，导致其不稳定性高；且太阳能装置的花费较大。这些问题导致太阳能现在的应用率还不是很高。总之，相对于其他能源，太阳能是最具有可靠性的，且其利用过程非常有可持续化发展的特点，很少会对环境造成破坏。相信只要人类不断的革新技术，太阳能会是未来非常重要的可以重点开发的大型能源之一。(2)风能风能早在两千多年前就开始被人类应用，是一种是极具清洁性的能源。古人曾
电子科技大学硕士学位论文6现象在生活中非常常见：在日常生活中，人与人肢体接触时，时不时会被相互电到；在干燥的冬季，人们在更换衣物时会经常感受到由摩擦起电引起的小火花和“啪啪”的放电声；在科学研究和工业生产中，很多实验测试、生产平台为了防止摩擦生电导致的电荷积累对仪器、设备和电路元件产生负面影响，都需要对平台做接地和电场屏蔽，甚至要求相关人员穿着防静电服。所以摩擦电一直被人们认为是一个消极的现象，会给带来麻烦和困扰，人们也想方设法来屏蔽、消除它。图1-3展示了将梳子在和头发摩擦后，可以吸引碎纸屑的现象。图1-3生活中的摩擦起电效应其实早在中国古代，人们就观察到了一些关于摩擦起电效应的奇怪现象，例如琥珀总是能吸引一些毛发、碎稻草等轻盈细小的东西靠近它，让人觉得非常神奇。所以，琥珀，这种由松树脂滴落在地上，并经过千万年的演变形成的化石，曾被古代人们赋予了一种神秘色彩，并被视若珍宝。并且古代还有“矛端生火”的书面记载，记录了一些采用金属材料制作的矛头的尖端有时会存在向周围释放小火花的奇怪现象。但碍于当时科技的落后，人们并没有找出这种现象发生的原因。直到公元前585年，古希腊科学家、米利都学派的创始人泰勒斯在无意中发现经过毛衣摩擦后的琥珀能具有一种吸力，能够吸引羽毛，并由此做了大量实验观察和详细记录。虽然他当时认为摩擦使琥珀带上的是磁性，但这确是有记录以来，人类最开始研究静电现象。1600年，英国皇家科学院物理学家威廉·吉尔伯特对“电”和“磁”做了
【参考文献】：
期刊论文
[1]快速发展的微纳能源技术[J]. 张跃. 科学通报. 2016(12)
[2]水车起源和发展丛谈(下辑)[J]. 李根蟠. 中国农史. 2012(01)
[3]利比亚战争中的能源因素[J]. 王金岩. 亚非纵横. 2012(01)
[4]中国能源现状分析和可再生能源发展规划[J]. 史立山. 可再生能源. 2004(05)
本文编号：2999771
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