基于摩擦纳米发电的能量采集器及传感器
发布时间：2023-04-05 13:10
随着物联网技术的快速发展,物联网需要的广泛分布的传感器网络已经集成到世界的每一个角落,为生理健康监测、医疗保健监控提供了充分的技术支持。驱动这些传感器所需要的功率是很小的,然而传感器的数量巨大,这就需要具有移动性、可持续性和环境友好的能源供给。目前传感器的能源供给以电池为主,然而,电池的管理回收是一项极其困难的任务,电池报废后所遗留的有害化学物质已经对环境产生了重大威胁。针对传感器的能源供给问题,基于摩擦纳米发电机原理的能量采集器及传感器成为了相关领域的研究热点。基于摩擦纳米发电原理的自驱动传感器的移动性和应用场景不断发展,在人体体征监测等相关领域对自驱动传感器的灵敏度提出了更高的要求。然而,提高自驱动传感器的灵敏度仍是一个难题。基于上述背景,本文探索制作了基于摩擦纳米发电机原理的灵敏度最高的自驱动传感器,并且对如何提高灵敏度进行了理论分析。本文还利用气相沉积超薄的衬底材料,以石墨烯作为电极,利用微加工工艺制作了厚度仅5.5μm的超薄透明柔性的自驱动曲率传感器,具体内容如下:(1)选取常见的工业材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)与膨胀微球混合物作为摩擦纳米发电机摩擦层的材料,利用膨胀微球加...
【文章页数】：105 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景及意义
1.1.1 物联网的能源需求
1.1.2 自驱动系统
1.2 摩擦纳米发电机简介
1.2.1 摩擦纳米发电机的发明
1.2.2 摩擦纳米发电机的摩擦层材料
1.2.3 摩擦纳米发电机的工作模式以及发电机理
1.2.4 摩擦纳米发电机的主要理论依据
1.2.5 摩擦纳米发电机的研究进展
1.3 摩擦纳米发电机作为能量采集器的应用
1.3.1 基于谐波谐振器的摩擦纳米发电机
1.3.2 多方向振动能量采集
1.3.3 提高能源转换效率
1.3.4 用于人类生物力学能量收集的纺织品
1.3.5 声能收集
1.3.6 能源技术比较
1.4 自驱动传感器
1.4.1 自供电振幅测量
1.4.2 自供电的声传感
1.4.3 自供电的生物监测
1.5 本文的主要贡献与创新
参考文献
第二章 摩擦纳米发电机的制作以及测试技术
2.1 引言
2.2 摩擦纳米发电机的制作
2.2.1 所需化学试剂
2.2.2 制备所需设备
2.2.3 测试所需设备
第三章 基于可膨胀微球的自驱动超灵敏压力传感器
3.1 引言
3.2 基于可膨胀微球的自驱动超灵敏压力传感器结构设计和表征
3.2.1 摩擦层材料的选择
3.2.2 器件加工制备
3.2.3 不同比例膨胀微球的摩擦层表面形貌
3.3 基于可膨胀微球的自驱动超灵敏压力传感器的数学分析与计算
3.3.1 摩擦纳米发电机作为压力传感器的原理
3.3.2 压力传感器的开路电压与外力的数学关系
3.4 基于可膨胀微球的自驱动超灵敏压力传感器的性能
3.4.1 不同比例膨胀微球的器件灵敏度
3.4.2 最高灵敏度器件的输出
3.4.3 最高灵敏度器件的稳定性
3.4.4 最高灵敏度器件的响应速度与可重复性
3.5 基于可膨胀微球的自驱动超灵敏压力传感器的应用实例
3.5.1 贴附在人体胸前进行呼吸监测
3.5.2 贴附在人体手腕进行脉搏监测
3.6 本章小结
参考文献
第四章 以石墨烯为电极的超薄柔性透明自驱动曲率监测传感器
4.1 引言
4.2 自驱动曲率监测传感器的制备
4.2.1 自驱动曲率监测传感器的电极以及衬底材料选择
4.2.2 石墨烯电极的制备
4.2.3 自驱动曲率监测传感器的制备过程
4.2.4 自驱动曲率监测传感器的透光性
4.3 自驱动曲率监测传感器的工作原理
4.4 自驱动曲率监测传感器对不同频率的稳定性
4.5 自驱动曲率监测传感器对不同曲率的响应
4.6 自驱动曲率监测传感器的应用实例
4.7 本章小结
参考文献
第五章 总结与展望
5.1 论文主要工作
5.2 工作展望
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
本文编号：3783473
【文章页数】：105 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景及意义
1.1.1 物联网的能源需求
1.1.2 自驱动系统
1.2 摩擦纳米发电机简介
1.2.1 摩擦纳米发电机的发明
1.2.2 摩擦纳米发电机的摩擦层材料
1.2.3 摩擦纳米发电机的工作模式以及发电机理
1.2.4 摩擦纳米发电机的主要理论依据
1.2.5 摩擦纳米发电机的研究进展
1.3 摩擦纳米发电机作为能量采集器的应用
1.3.1 基于谐波谐振器的摩擦纳米发电机
1.3.2 多方向振动能量采集
1.3.3 提高能源转换效率
1.3.4 用于人类生物力学能量收集的纺织品
1.3.5 声能收集
1.3.6 能源技术比较
1.4 自驱动传感器
1.4.1 自供电振幅测量
1.4.2 自供电的声传感
1.4.3 自供电的生物监测
1.5 本文的主要贡献与创新
参考文献
第二章 摩擦纳米发电机的制作以及测试技术
2.1 引言
2.2 摩擦纳米发电机的制作
2.2.1 所需化学试剂
2.2.2 制备所需设备
2.2.3 测试所需设备
第三章 基于可膨胀微球的自驱动超灵敏压力传感器
3.1 引言
3.2 基于可膨胀微球的自驱动超灵敏压力传感器结构设计和表征
3.2.1 摩擦层材料的选择
3.2.2 器件加工制备
3.2.3 不同比例膨胀微球的摩擦层表面形貌
3.3 基于可膨胀微球的自驱动超灵敏压力传感器的数学分析与计算
3.3.1 摩擦纳米发电机作为压力传感器的原理
3.3.2 压力传感器的开路电压与外力的数学关系
3.4 基于可膨胀微球的自驱动超灵敏压力传感器的性能
3.4.1 不同比例膨胀微球的器件灵敏度
3.4.2 最高灵敏度器件的输出
3.4.3 最高灵敏度器件的稳定性
3.4.4 最高灵敏度器件的响应速度与可重复性
3.5 基于可膨胀微球的自驱动超灵敏压力传感器的应用实例
3.5.1 贴附在人体胸前进行呼吸监测
3.5.2 贴附在人体手腕进行脉搏监测
3.6 本章小结
参考文献
第四章 以石墨烯为电极的超薄柔性透明自驱动曲率监测传感器
4.1 引言
4.2 自驱动曲率监测传感器的制备
4.2.1 自驱动曲率监测传感器的电极以及衬底材料选择
4.2.2 石墨烯电极的制备
4.2.3 自驱动曲率监测传感器的制备过程
4.2.4 自驱动曲率监测传感器的透光性
4.3 自驱动曲率监测传感器的工作原理
4.4 自驱动曲率监测传感器对不同频率的稳定性
4.5 自驱动曲率监测传感器对不同曲率的响应
4.6 自驱动曲率监测传感器的应用实例
4.7 本章小结
参考文献
第五章 总结与展望
5.1 论文主要工作
5.2 工作展望
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
本文编号：3783473
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