基于位移电流的柔性可拉伸纳米发电机研究
发布时间：2022-10-11 16:02
能源是人类活动的关键生产资料,是人类文明发展和进步的驱动力。由于全球能源问题日益凸显,寻求新型能源技术是解决目前能源问题的一条有效途径。机械能充斥在人类活动的各个场所,具有分布广、易于转换等特点,是新能源开发的重要组成部分。摩擦纳米发电机和压电纳米发电机是机械能采集的两种重要的手段,也是能源采集领域中的研究热点。两种采集方式对机械能的力电耦合本质是在外界激励作用下,器件两极相对运动或材料形变产生的麦克斯韦位移电流。可穿戴电子技术的发展对相关的配套技术的要求也在不断地更新,由于人体运动的多自由度和大应变特点,传统刚性器件无法适应这种应用场合,因此,柔性可拉伸能源器件是可穿戴电子领域和能源技术领域的一个重要研究内容。对于摩擦纳米发电机而言,其柔性可拉伸化的难度相对较低,其难点主要在于表面摩擦电荷密度及器件输出性能的提升。对于压电纳米发电机而言,由于只有特殊晶体结构才能产生压电效应,因此其材料选择范围相对要窄得多,且其制备工艺中需要高温工艺,这使得压电材料及其器件的柔性可拉伸化是一大难题。本文面向可穿戴电子对柔性可拉伸能源器件的需求,针对摩擦纳米发电机和压电纳米发电机中功能材料和器件结构的柔...
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1.绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 摩擦纳米发电机
1.2.2 压电纳米发电机
1.3 本论文主要研究工作
2.位移电流纳米发电机原理
2.1 引言
2.2 摩擦纳米发电机理论
2.2.1 垂直接触分离模式
2.2.2 水平滑动模式
2.2.3 单电极模式
2.3 压电纳米发电机
2.3.1 压电效应
2.3.2 压电效应与对称性关系
2.3.3 压电方程
2.3.4 机电耦合系数
2.3.5 压电纳米发电机工作机理
2.3.6 压电材料分类
2.4 本章小结
3.柔性可拉伸摩擦纳米发电机
3.1 引言
3.2 器件结构设计及制备
3.2.1 结构设计
3.2.2 材料制备
3.2.3 工作机理
3.2.4 结构加工
3.2.5 测试装置
3.3 能源采集性能分析
3.3.1 信号真实性验证
3.3.2 充电特性
3.3.3 负载特性
3.4 传感特性分析
3.4.1 间隔层厚度影响
3.4.2 频率特性及稳定性
3.4.3 线性度测试
3.5 实际应用探究
3.6 本章小结
4.柔性可拉伸压电材料及其纳米发电机
4.1 引言
4.2 可拉伸铅基压电材料及其纳米发电机
4.2.1 工艺设计原理与制备过程
4.2.2 性能测试与分析
4.2.3 实际应用探究
4.3 可拉伸无铅压电材料及其纳米发电机
4.3.1 结构设计与制备
4.3.2 性能测试与分析
4.3.3 实际应用探究
4.4 本章小结
5.柔性可拉伸复合纳米发电机
5.1 引言
5.2 拱形结构复合纳米发电机
5.2.1 结构设计与制备
5.2.2 工作机理分析
5.2.3 性能测试与分析
5.2.4 实际应用探究
5.3 摩擦-压电复合纳米发电织物
5.3.1 结构设计与制备
5.3.2 工作机理分析
5.3.3 性能测试与分析
5.3.4 实际应用探究
5.4 本章小结
6.总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间论文发表及科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]能源环境问题的时代拷问[J]. 易崇艳. 人民论坛. 2019(24)
[2]多汇聚节点无线传感网络充电路径多目标优化方法[J]. 夏静山,庄哲民,Alex Noel Josephraj,郑大为. 传感技术学报. 2019(03)
[3]Fundamental theories and basic principles of triboelectric effect: A review[J]. Shuaihang PAN,Zhinan ZHANG. Friction. 2019(01)
[4]振动能量采集供电的无线传感器设计和制作[J]. 任朝阳,曹自平,朱洪波. 功能材料与器件学报. 2015(04)
本文编号：3690866
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1.绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 摩擦纳米发电机
1.2.2 压电纳米发电机
1.3 本论文主要研究工作
2.位移电流纳米发电机原理
2.1 引言
2.2 摩擦纳米发电机理论
2.2.1 垂直接触分离模式
2.2.2 水平滑动模式
2.2.3 单电极模式
2.3 压电纳米发电机
2.3.1 压电效应
2.3.2 压电效应与对称性关系
2.3.3 压电方程
2.3.4 机电耦合系数
2.3.5 压电纳米发电机工作机理
2.3.6 压电材料分类
2.4 本章小结
3.柔性可拉伸摩擦纳米发电机
3.1 引言
3.2 器件结构设计及制备
3.2.1 结构设计
3.2.2 材料制备
3.2.3 工作机理
3.2.4 结构加工
3.2.5 测试装置
3.3 能源采集性能分析
3.3.1 信号真实性验证
3.3.2 充电特性
3.3.3 负载特性
3.4 传感特性分析
3.4.1 间隔层厚度影响
3.4.2 频率特性及稳定性
3.4.3 线性度测试
3.5 实际应用探究
3.6 本章小结
4.柔性可拉伸压电材料及其纳米发电机
4.1 引言
4.2 可拉伸铅基压电材料及其纳米发电机
4.2.1 工艺设计原理与制备过程
4.2.2 性能测试与分析
4.2.3 实际应用探究
4.3 可拉伸无铅压电材料及其纳米发电机
4.3.1 结构设计与制备
4.3.2 性能测试与分析
4.3.3 实际应用探究
4.4 本章小结
5.柔性可拉伸复合纳米发电机
5.1 引言
5.2 拱形结构复合纳米发电机
5.2.1 结构设计与制备
5.2.2 工作机理分析
5.2.3 性能测试与分析
5.2.4 实际应用探究
5.3 摩擦-压电复合纳米发电织物
5.3.1 结构设计与制备
5.3.2 工作机理分析
5.3.3 性能测试与分析
5.3.4 实际应用探究
5.4 本章小结
6.总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间论文发表及科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]能源环境问题的时代拷问[J]. 易崇艳. 人民论坛. 2019(24)
[2]多汇聚节点无线传感网络充电路径多目标优化方法[J]. 夏静山,庄哲民,Alex Noel Josephraj,郑大为. 传感技术学报. 2019(03)
[3]Fundamental theories and basic principles of triboelectric effect: A review[J]. Shuaihang PAN,Zhinan ZHANG. Friction. 2019(01)
[4]振动能量采集供电的无线传感器设计和制作[J]. 任朝阳,曹自平,朱洪波. 功能材料与器件学报. 2015(04)
本文编号：3690866
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