基于石墨烯的摩擦发电器件的构建及其性能研究

发布时间：2017-12-05 18:15

本文关键词：基于石墨烯的摩擦发电器件的构建及其性能研究

【摘要】：自从摩擦电发电机于2012年被提出以后,由于其具有能够收集环境中微小的、废弃的机械能转化为电能、结构和工艺简单、价格低廉等优点,受到越来越多的关注。目前,基于石墨烯的透明摩擦发电机的研究还非常少。本论文基于垂直接触分离结构摩擦电发电机的工作原理,设计并制备基于石墨烯的透明摩擦电发电机,并研究其电学性能,进而提出三种能够有效提高其输出功率密度的方法。主要内容与结论如下。1.研究了电极结构对透明摩擦电发电机电学性能的影响规律。研究结果表明:以常用的透明电极ITO和石墨烯薄膜为电极材料,运用它们的不同组合,以聚酰亚胺和PET为摩擦层,制备出了四种不同电极的透明摩擦电发电机;在同样条件下测试了各自的电学性能,并研究了石墨烯与ITO薄膜的特性;由于石墨烯薄膜优异的柔韧性能和ITO的高电导性,使以石墨烯为上电极、ITO为下电极的透明摩擦电发电机输出功率最高,这表明设计合适的电极结构能够有效的提高发电机的输出功率密度。2.研究了不同负摩擦电材料对透明摩擦电发电机电学性能的影响规律。选择了PI、AZ5214光刻胶、PMMA和PDMS作为负摩擦电材料,制备出了四种不同摩擦电材料的透明摩擦电发电机并研究了其电学性能;由于AZ5214光刻胶和PDMS都具有超强的得电子能力,导致摩擦层表面产生更多的净电荷,使以此两种物质为负摩擦电材料的透明摩擦电发电机的输出功率最高;综合对比了材料的价格、存储条件、发电机的电学性能和透光率,确定了PDMS是透明摩擦电发电机最佳的负摩擦电材料。3.优化了PDMS表面图形化工艺,并研究了图形化对摩擦电发电机电学性能的影响规律。研究表明:当SF6流量为50 sccm、O2流量为10 sccm、He流量为10sccm、Ar流量为10 sccm、反应刻蚀功率160 W和反应时间10 min时,能获得良好的PDMS图形并能制备性能良好的摩擦发电机;图形化的PDMS摩擦电发电机的电学性能远远优于未图形化的发电机,其原因在于PDMS表面被图形化,增加了粗糙度、增大了摩擦力,从而增加了净摩擦电荷的产生量,从而提高了透明摩擦发电机的发电性能;这表明使摩擦层图形化是一种增加透明摩擦电发电机的输出功率密度有效方法。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM31;TQ127.11

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