生物相容性摩擦纳米发电机的应用研究

发布时间：2017-06-14 21:08

  本文关键词：生物相容性摩擦纳米发电机的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于摩擦带电和静电感应原理,将生物体产生的生物质能转换成可再生利用的电能,使可植入电子设备的体内自驱动成为可能。近年来,生物相容性摩擦纳米发电机(BCTENG)通过选取生物相容性极板材料,改变对摩擦层材料表面粗糙度等研究,获得了良好的输出性能。但是进一步优化BCTENG的材料和结构设计,提高其电输出特性,特别是探索其应用前景仍有许多问题亟待解决。另外本文针对当前的环境问题,创造性的提出以呼吸为动力的摩擦纳米发电机,探索其应用并提出一种简单、廉价的改变高分子对摩擦层表面形貌的方案—热压成膜法。为此,本文在前期工作的基础上深入探索BCTENG的具体应用,以聚左旋乳酸(PLLA)和乙基纤维素(EC)为上下极板的摩擦发电机电刺激小鼠L929细胞;以钛(TNTAs)和聚左旋乳酸(PLLA)为上下极板的摩擦纳米发电机自由调控Mg-3wt%Zn-0.2wt%Zr合金的降解。并针对当前环境安全问题,首次尝试将摩擦电用于静电吸附作用,设计了可植入市售口罩中的以呼吸为动力的摩擦纳米发电机,该发电机可有效改善对粒径小于3μm粉尘的过滤效果。此外,本文还探索了热压法改变对摩擦层高分子材料表面形貌对BCTENG输出电性能的影响。结果表明:1.以聚左旋乳酸(PLLA)和乙基纤维素(EC)为上下极板的摩擦发电机电刺激小鼠L929细胞,此摩擦发电机对L929细胞进行电刺激的效果与20μA直流电相当,均可显著提高细胞的增殖速率和存活率。2.以聚左旋乳酸和钛(TNTAs)为上下极板的摩擦纳米发电机可调节Mg-3wt%Zn-0.2wt%Zr合金在模拟体液(SBF)中的腐蚀降解速率,4Hz压力频率施加的摩擦发电机对抑制镁合金的降解速率调节作用最佳,当压力频率为2Hz时与空白对照组相比,有很弱的抑制作用,当压力频率达到8Hz时,镁合金的腐蚀降解速率反而大大增加。3.以呼吸为动力的摩擦纳米发电机的制作过程简单,输出电压高达18V,电流2.5μA,具有植入口罩提供静电吸附,增强滤除粒径小于2.5μm粉尘的功效。4.采用热压法在聚左旋乳酸(PLLA)、乙基纤维素(EC)成膜的高分子对摩擦极板上制备简单图案,显著影响发电机的输出电性能。与平面摩擦极板相比,用1000目不锈钢网制备的图案高分子极板的输出电压可提高3倍。
【关键词】：生物相容性 摩擦纳米发电机的应用 呼吸为动力 表面处理
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM31;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 引言9-10
• 1.2 摩擦电纳米发电机的概述10-12
• 1.2.1 摩擦纳米发电机的起源10
• 1.2.2 摩擦纳米发电机在医学领域的应用10-11
• 1.2.3 摩擦电纳米发电机研究中需要使用的测试设备11-12
• 1.3 摩擦电纳米发电机的研究现状12-20
• 1.3.1 几种典型的摩擦电纳米发电机12-18
• 1.3.2 摩擦纳米发电机的研究机理和影响因素18-20
• 1.4 摩擦电纳米发电机的研究意义及内容20-22
• 1.4.1 摩擦电纳米发电机的研究意义20-21
• 1.4.2 课题的研究内容21-22
• 第二章 生物相容性摩擦电纳米发电机应用的初步研究22-45
• 2.1 实验材料及设备23-26
• 2.1.1 制作PE-BCTENG过程中所需材料和设备23-24
• 2.1.2 PE-BCTENG对L929细胞刺激试验过程中所需的材料和设备24-25
• 2.1.3 PT-BCTENG对镁合金降解调控过程中所需的试验材料和设备25-26
• 2.2 生物相容性摩擦发电机的制备26-29
• 2.2.1 PE-BCTENG的制备26-27
• 2.2.2 PT-BCTENG的制备27-29
• 2.3 发电机上下极板的制作过程29-32
• 2.3.1 PE-BCTENG的上下极板的制作过程29-30
• 2.3.2 PT-BCTENG的制作过程30-32
• 2.4 生物相容性摩擦发电机的应用初步探索32-36
• 2.4.1 PE-BCTENG自由调控Mg-3wt%Zn-0.8wt%Zr合金的降解实验32-35
• 2.4.2 PT-BCTENG对Mg-3wt%Zn-0.8wt Zr合金降解的调节作用35-36
• 2.5 试验结果及分析36-44
• 2.5.1 PE-BCTENG对小鼠L929细胞的调节作用36-39
• 2.5.2 PT-BCTENG对Mg-3wt%Zn-0.8wt%Zr合金的降解调控作用39-44
• 2.6 本章小结44-45
• 第三章 以呼吸为动力的摩擦电纳米发电机与电输出性能测试45-66
• 3.1 纳米发电机的制备45-53
• 3.1.1 实验仪器和设备45-47
• 3.1.2 上下极板材料选择及处理47-53
• 3.1.3 上下极板微结构的表征53
• 3.2 以呼吸为动力的摩擦电纳米发电机的组装53
• 3.3 测试结果与分析53-63
• 3.3.1 上下极板的表征53-61
• 3.3.2 以呼吸为动力的摩擦电纳米发电机的测试结果61-63
• 3.4 发电机的原理63-65
• 3.5 本章小结65-66
• 第四章 热压模板法对摩擦电纳米发电机输出性能的影响66-76
• 4.1 热压法简介67-69
• 4.1.1 热压设备简介67-68
• 4.1.2 热压法目前应用范围68-69
• 4.2 热压法制造摩擦发电机上极板工艺路线简介69-70
• 4.2.1 工艺路线69
• 4.2.2 上下极板高分子材料的选择69-70
• 4.3 实验过程70-71
• 4.3.1 热压实验70-71
• 4.3.2 发电机的组装71
• 4.4 实验结果71-75
• 4.4.1 热压图案表征71-73
• 4.4.2 发电机的输出性能测试73-75
• 4.5 结果分析75-76
• 第五章 全文结论76-77
• 参考文献77-81
• 发表论文和科研情况说明81-82
• 致谢82-83

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