电磁-摩擦复合纳米发电机的流体能量收集及应用研究
发布时间:2021-08-26 04:12
随着微电子技术和无线通讯技术的发展,物联网系统已经逐渐触及到世界的每个角落。物联网技术的普及也得益于微电子器件的功耗不断降低,但是为数量巨大且分布十分广泛的物联网传感器网络提供稳定的电力供应仍然是一个极具挑战性的任务。如果依靠传统的电能供给方案,如电缆或者电池,受限于环境或者成本限制,是无法满足它的需求。而因地制宜的利用环境中存在的能量(如水能、太阳能、热能等),通过新型能源收集技术实现电能的稳定供给是一个可行的方案。摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG)自王中林院士课题组首次研制成功以来,作为一种新型绿色能源收集技术,吸引了广泛的关注。摩擦发电机技术是通过不同材料之间的接触引起电荷转移,进而形成可变电场,驱动电路中的电荷移动而形成电流。摩擦纳米发电机具有成本低廉,结构简单,材料来源广泛等优点,可以有效收集水能、风能、海洋能和生物能等。然而,摩擦纳米发电机也存在输出性能易受环境影响,自身内阻较大,输出电流低等需要解决的问题。本文通过将摩擦纳米发电机与电磁感应发电机结合,设计了两种结构的复合发电器件。为了实现对环境机械能更高的转换效率,文中不仅...
【文章来源】:安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】:83 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
柔性结构摩擦纳米发电机
安徽大学硕士学位论文5图1.2垂直接触分离式摩擦纳米发电机工作原理示意图(a)开路电压的变化情况(b)短路电流的变化情况(2)水平滑动式:2013年,WangSilong等人成功设计了水平滑动式的摩擦纳米发电机[37]。它们使用了经过表面修饰的聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)薄膜和尼龙(Nylon)薄膜作为摩擦材料。如图1.3和图1.4所示,在初始状态,两种聚合物材料完全重合,由于接触起电会导致它们分别带上正负电荷。而由于聚合物材料良好的绝缘性能,短时间内的表面电荷数量不会发生改变。当由于外界作用,上平板开始向右滑动时,会导致两板的相互接触面积减小,同时分离的电荷会导致上平板的电势高于下平板,在电势差的作用下,电子将从下电极流到上电极以抵消摩擦电荷产生的电势差。产生的电子流动会一直持续到上下平板完全分开。随后,当上平板重新向左滑动时,各自的表面电荷由于该摩擦材料的绝缘性会持续存在。为了保持静电平衡,电荷会通过外部负载从上电极流回下电极,形成与之前反方向的电流。在整个运动过程中,向左滑动和向右滑动是对称的,随着运
第一章绪论6动的循环,会产生对称的交流电流峰。该器件的输出电压达到了1300V,输出功率密度也有5.3W/m2。滑动模式摩擦纳米发电机不仅可以采集平面直线运动的能量,还可以采集旋转运动的能量。与垂直接触-分离模式相比较,它不再需要将两摩擦表面隔开,减少了所占的空间,有利于器件的后续集成和封装。图1.3滑动式摩擦纳米发电机结构示意图图1.4滑动式摩擦纳米发电机工作原理示意图(3)单电极模式:之前的两种摩擦纳米发电机工作模式都需要将上下电极通过负载连接到一
本文编号:3363519
【文章来源】:安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】:83 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
柔性结构摩擦纳米发电机
安徽大学硕士学位论文5图1.2垂直接触分离式摩擦纳米发电机工作原理示意图(a)开路电压的变化情况(b)短路电流的变化情况(2)水平滑动式:2013年,WangSilong等人成功设计了水平滑动式的摩擦纳米发电机[37]。它们使用了经过表面修饰的聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)薄膜和尼龙(Nylon)薄膜作为摩擦材料。如图1.3和图1.4所示,在初始状态,两种聚合物材料完全重合,由于接触起电会导致它们分别带上正负电荷。而由于聚合物材料良好的绝缘性能,短时间内的表面电荷数量不会发生改变。当由于外界作用,上平板开始向右滑动时,会导致两板的相互接触面积减小,同时分离的电荷会导致上平板的电势高于下平板,在电势差的作用下,电子将从下电极流到上电极以抵消摩擦电荷产生的电势差。产生的电子流动会一直持续到上下平板完全分开。随后,当上平板重新向左滑动时,各自的表面电荷由于该摩擦材料的绝缘性会持续存在。为了保持静电平衡,电荷会通过外部负载从上电极流回下电极,形成与之前反方向的电流。在整个运动过程中,向左滑动和向右滑动是对称的,随着运
第一章绪论6动的循环,会产生对称的交流电流峰。该器件的输出电压达到了1300V,输出功率密度也有5.3W/m2。滑动模式摩擦纳米发电机不仅可以采集平面直线运动的能量,还可以采集旋转运动的能量。与垂直接触-分离模式相比较,它不再需要将两摩擦表面隔开,减少了所占的空间,有利于器件的后续集成和封装。图1.3滑动式摩擦纳米发电机结构示意图图1.4滑动式摩擦纳米发电机工作原理示意图(3)单电极模式:之前的两种摩擦纳米发电机工作模式都需要将上下电极通过负载连接到一
本文编号:3363519
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3363519.html