基于碳材料的柔性可拉伸自充电能源系统研究

发布时间：2020-12-03 07:13

　　随着人们生活水平的的提高,柔性电子设备和智能可穿戴产品逐渐成为了人们生活中不可或缺的部分,诸如电子皮肤、智能手表、运动手环等产品也受到了越来越多的关注。然而,可穿戴电子设备遇到的一个重要挑战是这些器件都必须有配套电源或电池才能正常工作。虽然科技发展使得电子设备功耗降低,但采用传统电池供电仍然存在电子设备无法自供电以及电池续航时间短,必须频繁充电、更换电池以及废电池的回收处理等问题。一直以来,由于人体运动的频率较低,日常运动产生的机械能都无法利用,如果能将这部分能量收集起来用作可穿戴电子设备的供能,则能很好地解决上述问题。美国佐治亚理工学院王中林课题组发明了一种摩擦纳米发电机,能利用摩擦起电和静电感应的耦合作用将机械能转化为电能。摩擦纳米发电机非常适合收集低频率的振动能量。然而,人体的运动大多是无规律的,因此收集的能量也没有稳定的电压和电流,这就需要将摩擦纳米发电机收集的能量进行管理并存储才能转化为稳定的能量输出,超级电容器凭借其能量密度高、效率高、寿命长等优点成为了绝佳选择。将摩擦纳米发电机与超级电容器进行整合,形成能量收集和存储一体化的自充电能源系统成为研究者们探索的重点。在收集人体... 

【文章来源】：苏州大学江苏省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

摩擦纳米发电机：（a）结构模型图

料的柔性可拉伸自充电能源系统研究 象千百年来早已为人们所熟知。虽然这一现象几乎无时无刻不发生人的身边，但摩擦起电现象中隐藏机理却始终有待不断研究探索，科学家之间存在着争议。人们通常认为在两种不同的材料相互摩擦的表面之间会产生一种叫做粘附力的化学键，同时电荷从一种材料转移来使两者达到电化学电势的平衡。移动的电荷可能是电子、离子。然后，当两种材料分开时，某些成键原子表现出占有多余电子的原子则表现出给出电子的趋势，这就在两种材料表面产生了摩擦电表面存在的摩擦电荷驱动电极材料中的电子定向移动以达到电势平原理，目前主要发现了摩擦纳米发电机四种不同的工作模式[11]，分式、平面滑移式、单电极式和自由摩擦层式。

于碳材料的柔性可拉伸自充电能源系统研究 第一大程度上减少摩擦材料表面的磨损。这个方法可以极大地提高摩擦纳米发电耐久性。这一设计，帮助我们实现了从人的走动汽车的运动中收集能量，使自由移动的物体收集能量变为可能。1.2.3 摩擦纳米发电机的应用基于四种不同的工作模式，人们制造了对应于不同的应用场合的各种结构擦纳米发电机。图 1.3 展示了一些用于收集不同种类能量的摩擦纳米发电机的。这些图片展示的都是摩擦纳米发电机的基本单元，用于收集微量能源，并些小型电子器件提供能量。我们也可以将这些基本单元进行组装和集成，就收集巨大的能量，应用前景非常可观。


本文编号：2896180