PAAm-SAlg水凝胶/PDMS的连接及柔性透明TENG的性能研究

发布时间：2021-06-16 09:19

　　柔性透明摩擦纳米发电机（FT-TENG）是一种新型的能源采集以及自供能传感器件,在可穿戴电子产品、能源皮肤等领域具有广泛的应用前景。本课题采用聚二甲基硅氧烷（PDMS,SYLGARD 184）作为摩擦层材料、聚丙烯酰胺（PAAm）-海藻酸钠（Sodium Alginate,SAlg）水凝胶作为电极材料以满足对器件柔性及透光度的要求;针对现阶段PDMS难以与水凝胶进行直接连接的问题,采用氧等离子体清洗和功能性硅烷（TMSPMA）对PDMS进行表面处理的方法将其与水凝胶进行连接,并制备柔性透明摩擦纳米发电机。本课题进行了PAAm-SAlg水凝胶和PDMS的制备并分析了其表面形貌和交联反应方式。探究了工艺参数对水凝胶和PDMS的电学、力学、光学性能的影响规律。采用90°拉伸试验对PDMS与水凝胶的连接界面强度进行了测试,对比分析两种连接方法的差异。使用开尔文探针力显微镜（KPFM）结合COMSOL模拟仿真的方法计算了摩擦后PDMS表面的摩擦电荷密度,并对柔性透明摩擦纳米发电机的输出特性进行了研究。通过热引发交联制备了PAAm-SAlg水凝胶,在60℃下保温35min制得的样品拉伸性能最优（0... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

生活中的摩擦起电现象a)梳头时的静电荷b)毛衣中的静电荷

但是，大多数的摩擦起电现象在人们的生活中都被当做负面效应，人了妥善处理摩擦静电荷而进行专门的设计，如长途货车拖着的铁链等。直摩擦起电效应因为摩擦纳米发电机的发明被逐渐广泛地应用到微小机械和自驱动机械传感器中。图 1-1 生活中的摩擦起电现象a) 梳头时的静电荷 b) 毛衣中的静电荷摩擦纳米发电机是将发生相对运动的摩擦电荷当做电源，从而带动外电电器工作的装置，目前其工作模式主要有如图 1-2 所示的四种工作模式。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文(2)水平滑动模式：这种模式的初始结构与垂直接触-分离模式相同，如图 1-2(b)所示，其区别在于这种模式的器件在工作过程中介电薄膜沿着接触面发生相对滑移，进而驱动外电路电流工作。(3)单电极模式：这种模式的摩擦纳米发电机主要通过自由端的摩擦电荷产生的位移对接地一端电极中的电磁感应效应来驱动外电路中载流子工作。(4)独立层模式：因为摩擦起电效应在介电薄膜表面形成的摩擦静电荷能够在其表面保留相当长的一段时间，因而采用对称的电极结构并使介电薄膜在这两个电极之间进行往复运动便可以在电磁感应效应的作用下驱动电路中的载流子往复运动。1.2.2 早期的摩擦发电机最早的摩擦电发电机是一种通过接触起电在高压下产生静电或电流的机械装置。其中，最著名的是在 1880 年左右发明的 Wimshurst 起电机和在 1929 年发明的Van de Graaff 起电机，这两种机器都是利用摩擦起电来积累静电荷[21]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]蒲公英状压电振动能量收集装置宽频带设计[J]. 刘祥建,陈仁文,侯志伟.  光学精密工程. 2014(07)
[2]浅谈世界能源危机及中国的战略抉择[J]. 白少成.  实验科学与技术. 2006(S1)
[3]能源危机与对策[J]. 张光寅.  科学中国人. 2003(08)

博士论文
[1]聚合物交联机理研究及高强度水凝胶结构的调控[D]. 梁绍宁.浙江大学 2018
[2]摩擦纳米发电机设计与制备及应用研究[D]. 苏元捷.电子科技大学 2015

硕士论文
[1]基于PDMS微纳结构的纯柔性单电极摩擦电纳米发电机[D]. 肖鑫泽.吉林大学 2015
[2]基于热释电、摩擦电效应的纳米发电机及其应用的研究[D]. 冷强.重庆大学 2015



本文编号：3232810