静电纺摩擦纳米发电机在健康监测及无线通讯领域的应用研究

发布时间：2021-10-05 04:11

　　最近倡导的具有近零时延的第五代（5G）通信技术极大地推动了物联网的发展,而物联网的发展使电子设备朝着小型化,可移动和多功能的趋势发展。但是也引发了一些问题,由于能源的限制,物联网中大量器件的维护需要天文预算,例如更换电池和构建电源,如果使用临时电源,则需要定期更换电池,这也造成了极大地浪费。而纳米发电机（NG）作为一个新兴的微能源存储领域,运用现代科学技术和微纳米材料有效的提取、转化和存储环境中的不可利用的废能来实现微纳系统的有效持续的运转。目前,广泛应用于传感网络、环境保护、人工智能以及蓝色能源等领域。本论文主要介绍了纳米发电机在柔性可穿戴自供电模块以及无线通讯两个领域的应用。首先介绍了基于摩擦电纳米发电机的无校准可穿戴式自供电传感器。摩擦电纳米发电机（TENG）以其高产量、低成本、绿色环保等优点受到人们的广泛关注。但由于金属电极的选择,使可穿戴设备仍有一定的硬度,导致透气性差,影响佩戴舒适性。另外,电极与摩擦材料之间粘附不牢固,也会影响输出性能。因此以普通织物聚合聚苯胺来代替金属电极,聚己内酯（PCL）作为粘合剂来制备的TENG具有出色的柔软性和透气性,从而提高了可穿戴设备的舒适性... 

【文章来源】：青岛大学山东省

【文章页数】：56 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

摩擦纳米发电机的四种基本工作模式[46]

青岛大学硕士学位论文5图1.2静电纺丝装置示意图。1.3摩擦纳米发电机的应用1.3.1能量收集1.3.1.1机械能机械能是日常生活中最为普遍存在的能量类型，而振动就是其最常见的表现方式，它普遍存在于人的身体运动、汽车等机械设备以及水的波动等。从环境中将这些机械能收集起来可以为健康监护、机械设备运行状况监测以及环境保护等设备供能。进入21世纪以来，各种用于健康监测和运动传感的个人电子设备的使用数量日益增长。随着电子设备的小型化，它们的能量损耗也逐渐降低，这使得通过收集人体运动的机械能为这些小型电子设备供电成为可能。但是身体运动最大的缺点就是频率和幅度没有固定的规律，频率较低。因此，TENG的发明使这类能量收集有了很大的发展。1.3.1.2波浪能地球上有71%的面积被海水覆盖，因此波浪在全球的分布是十分广泛的，其包含的能量也是地球上最为富有的能量来源之一。目前，依靠电磁感应发电机是收集波浪能的主要方式。但是这种传统的发电方式在某些方面依然存在很大不足，使其在应用上收到很大的限制。比如，波浪能主要是存在于水面上的，传统的电磁感应

青岛大学硕士学位论文8可以得到输出电流与化学物质浓度之间的关系，TENG作为自供电传感器可以检测二氧化碳等与医疗保健相关的化学物质[75]。TENG应用于健康监测系统，尤其是对呼吸、脉搏、心跳等的检测，主要粘附在衣服或皮肤上，所以对材料的选择具有较高的要求，应选择生物兼容性好，透气性好的材料，以满足人体的舒适度。图1.3TENGs在健康监测中的典型应用[76]。1.3.2.5摩擦纳米发电机用于无线传输在物联网时代，传感器的广泛存在给我们的生活带来了极大的便利，但是实现具有可持续供电以及稳定无线通信的无线传感网络也具有一定的挑战性。物联网系统通常由传感器，执行器，控制和通信电路组成。在实时传感系统中，测得的信号需要先进行处理，然后再通过一种不同的射频技术（例如无线局域网（WLAN），蜂窝，蓝牙，Zigbee或射频识别（RFID））将其传输到中心站，在这一过程中对电


本文编号：3418974