摩擦纳米发电机在织物基智能可穿戴中的应用
发布时间：2022-01-06 21:29
智能可穿戴技术的快速发展对供能系统适用、经济、环保等提出了更高的要求。因体积大、不耐久、非柔性、不易集成于织物、综合成本高昂,并且单位储能能力有限、电容充电不便,所以现有的原电池、二次电池、燃料电池、储能电池等"化学能-电能"装置,无法满足智能可穿戴设备对能源供给系统的要求。摩擦纳米发电机（TENG）可以将环境中低频机械能转化为电能,且拥有能源供应稳定、经济性好、适用性强、清洁环保等优势。将摩擦纳米发电机集成到纺织品上,持续、稳定提供电能是解决目前织物基智能可穿戴领域供能问题的重要途径。总结了摩擦纳米发电机相比较于传统电池的应用优势,介绍了摩擦纳米发电机的基本工作原理和理论模型,概述了提高摩擦发电性能的方法,详述了其在织物上材料集成与结构设计方式,列举了其集成在纺织品及其他方面上的应用。讨论了目前摩擦纳米发电机在织物基智能可穿戴研究中存在的问题,展望了恒流摩擦纳米发电机等未来研究方向。
【文章来源】：现代纺织技术. 2020,28(04)
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
摩擦纳米发电机供电的运动鞋快速消毒杀菌系统[43]
根据摩擦电材料、电极的结构及它们相对运动方式的不同,摩擦纳米发电机的基本工作模型可以分为垂直接触分离模式、水平滑动模式、单电极模式、独立层模式,如图1所示。1.2.1 垂直接触分离模式
构造摩擦表面图案化微结构可以提升材料表面粗糙度、增大摩擦面积,从而提升摩擦表面电荷密度,增强系统电输出性能。粗糙的摩擦表面在同等作用条件下能够增大摩擦阻力,减弱摩擦材料对电荷的束缚,促进电荷转移;并且在宏观面积一定的条件下,通过制造微观立体结构,可以增大总的摩擦面积,增加单位电荷量。恰当的摩擦表面图案化微结构还能够延长摩擦纳米发电机使用寿命[14]。如图3(a)通过引入纳米线/金字塔阵列来增大摩擦材料表面粗糙度,提高单位面积有效接触面积,从而提升电荷总量,增大电流输出[14];图3(b)在摩擦纳米发电机结构中引入液态金属,使固固摩擦转变为固液摩擦,有效避免了不良触点的影响,可以获得高电荷密度和高瞬时能量转换效率[15-16];图3(c)在摩擦纳米发电机中引入硅胶等软质材料,得到适宜应用于智能可穿戴器件的纤维状摩擦纳米发电机[17]。另外,光、等离子体、电化学等蚀刻方式,也能够增加摩擦电荷密度,提升电输出性能,但设备昂贵、工艺复杂、处理成本极高,难以推广应用[18]。图3 摩擦材料表面图案化微结构构建方式
【参考文献】：
期刊论文
[1]Spiral Steel Wire Based Fiber-Shaped Stretchable and Tailorable Triboelectric Nanogenerator for Wearable Power Source and Active Gesture Sensor[J]. Lingjie Xie,Xiaoping Chen,Zhen Wen,Yanqin Yang,Jihong Shi,Chen Chen,Mingfa Peng,Yina Liu,Xuhui Sun. Nano-Micro Letters. 2019(03)
[2]纺织基摩擦纳米发电机收集人体运动能量的研究[J]. 陈荧,张志,白志青,郭建生. 纺织科学与工程学报. 2019(02)
[3]摩擦纳米发电机在自驱动微系统研究中的现状与展望[J]. 张弛,付贤鹏,王中林. 机械工程学报. 2019(07)
博士论文
[1]面向自供电人体运动信息采集的柔性摩擦纳米发电机研究[D]. 田竹梅.中北大学 2018
硕士论文
[1]基于静电纺纤维的摩擦纳米发电机的制备及其人体机械能收集性能研究[D]. 沈家力.东华大学 2018
[2]基于双面微纳尺度结构摩擦纳米发电机的制备及其性能研究[D]. 赵博.兰州大学 2016
[3]基于生物相容性材料摩擦电发电机的制备及性能研究[D]. 孙婧.天津理工大学 2015
本文编号：3573201
【文章来源】：现代纺织技术. 2020,28(04)
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
摩擦纳米发电机供电的运动鞋快速消毒杀菌系统[43]
根据摩擦电材料、电极的结构及它们相对运动方式的不同,摩擦纳米发电机的基本工作模型可以分为垂直接触分离模式、水平滑动模式、单电极模式、独立层模式,如图1所示。1.2.1 垂直接触分离模式
构造摩擦表面图案化微结构可以提升材料表面粗糙度、增大摩擦面积,从而提升摩擦表面电荷密度,增强系统电输出性能。粗糙的摩擦表面在同等作用条件下能够增大摩擦阻力,减弱摩擦材料对电荷的束缚,促进电荷转移;并且在宏观面积一定的条件下,通过制造微观立体结构,可以增大总的摩擦面积,增加单位电荷量。恰当的摩擦表面图案化微结构还能够延长摩擦纳米发电机使用寿命[14]。如图3(a)通过引入纳米线/金字塔阵列来增大摩擦材料表面粗糙度,提高单位面积有效接触面积,从而提升电荷总量,增大电流输出[14];图3(b)在摩擦纳米发电机结构中引入液态金属,使固固摩擦转变为固液摩擦,有效避免了不良触点的影响,可以获得高电荷密度和高瞬时能量转换效率[15-16];图3(c)在摩擦纳米发电机中引入硅胶等软质材料,得到适宜应用于智能可穿戴器件的纤维状摩擦纳米发电机[17]。另外,光、等离子体、电化学等蚀刻方式,也能够增加摩擦电荷密度,提升电输出性能,但设备昂贵、工艺复杂、处理成本极高,难以推广应用[18]。图3 摩擦材料表面图案化微结构构建方式
【参考文献】：
期刊论文
[1]Spiral Steel Wire Based Fiber-Shaped Stretchable and Tailorable Triboelectric Nanogenerator for Wearable Power Source and Active Gesture Sensor[J]. Lingjie Xie,Xiaoping Chen,Zhen Wen,Yanqin Yang,Jihong Shi,Chen Chen,Mingfa Peng,Yina Liu,Xuhui Sun. Nano-Micro Letters. 2019(03)
[2]纺织基摩擦纳米发电机收集人体运动能量的研究[J]. 陈荧,张志,白志青,郭建生. 纺织科学与工程学报. 2019(02)
[3]摩擦纳米发电机在自驱动微系统研究中的现状与展望[J]. 张弛,付贤鹏,王中林. 机械工程学报. 2019(07)
博士论文
[1]面向自供电人体运动信息采集的柔性摩擦纳米发电机研究[D]. 田竹梅.中北大学 2018
硕士论文
[1]基于静电纺纤维的摩擦纳米发电机的制备及其人体机械能收集性能研究[D]. 沈家力.东华大学 2018
[2]基于双面微纳尺度结构摩擦纳米发电机的制备及其性能研究[D]. 赵博.兰州大学 2016
[3]基于生物相容性材料摩擦电发电机的制备及性能研究[D]. 孙婧.天津理工大学 2015
本文编号：3573201
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/3573201.html
