柔性声表面波传感器和摩擦起电自供能传感器研究
发布时间：2021-12-24 08:14
声表面波器件已经被广泛商用于通讯领域,同时,研究者们也在探索其在传感器领域应用。现实生活中,很多情况下都需要将声表面波器件安装在非平面上进行工作,而传统的声表面波器件大多制作在刚性衬底（硅、普通玻璃等）或者压电体材料（铌酸锂、石英等）上,限制了它在特定领域内的应用。因此,研究基于柔性声表面波器件的传感器,可以为声表面波在现实生活中的开辟一条新的道路。传感器网络作为物联网中最基础的组成部分之一,拥有着大量的接入传感器总数。如果使用传统的传感器技术组成传感器网络,每个传感器都需要单独配置电池,这会耗费大量的成本,另外监测和维护这些电池的使用情况也几乎是一个不可能完成的任务。一种可能的解决办法是使用无源或者自供能器件,本文研究了基于两种压电和摩擦起电效应的无源或自供能器件,并探索它们在传感器领域内的应用。本研究工作的主要内容和成果如下:（1）利用康宁超薄玻璃、ZnO压电和ITO透明薄膜材料制作了透明柔性声表面波器件。相比于普通硬质玻璃SAW器件,基于柔性玻璃的SAW器件具有更好的透光性同时保持了相当的电学性能。透明柔性器件在±3000微应变下拥有较快的响应速度,谐振频率随应变大小的变化具有较...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１延迟线型声表面波基本结构（ａ）和瑞利波在压电材料中传播的横截面图（ｂ）
如被设计利用于汽车火车运行情况监控的无线无源温度气压ＳＡＷ传感器系统ｔ１９＼??随着ＳＡＷ传感器研究的愈发成熟，工业界也已经出现了?一些消费级的ＳＡＷ??传感器产品，例如图１．?２法国ＳＥＮＳｅＯＲ公司生产设计的无线无源ＳＡＷ温度传??感器监测高压电力设备的运行温度情况。??（ａ）?（ｂｆ??图１．２法国ＳＥＮＳｅＯＲ公司设计的无线无源温度传感器（ａ）被设置在高压电力设备??（ｂ）上检测工作情况。??另外，随着近些年柔性电子和可穿戴设备的进一步发展，原来只制备在刚性??压电材料上的ＳＡＷ器件也被创新性的制备在了各种各样的柔性衬底上，比如聚??酰亚胺（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ，ＰＩ）薄膜＿、聚对苯二曱酸乙二醇酷（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ?Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ，??ＰＥＴ）薄膜［２１］、柔性坡璃上［２２］和超薄铌酸锂［２３］等。而基于这些柔性衬底的柔性??ＳＡＷ器件被制作成了温度、湿度、紫外和应力等传感器。??１．３摩擦纳米发电机??１．３．１摩擦纳米发电机概述及其传感原理??于公元前６００年左右，古希腊时期的科学家泰勒斯就已经记载了摩擦起电现??象：通过摩擦羊毛和琥珀能使琥珀吸引其它物体。摩擦起电的效应大致可以描述??为两种材料进过摩擦之后，它们会带上电荷，而电荷的正负则取决于这两种材料??的相对极性。直到现在摩擦起电现象还是无法被精确的定量描述，因为它的物理??５??
大的能量输出和极低的制作成本等优点，引起了广泛的注意和极大的投入，??ＴＥＮＧ的研究获得了迅猛的发展，输出功率近些年来取得了巨大的提高。仅统计??佐治亚大学和中科院纳米能源所王中林课题组的成果［２７］，如图１．５所示，虽然??２０１２年第一个ＴＥＮＧ的输出电压只有３．３伏特，输出功率密度仅仅有３．６７毫瓦／??平方米，但是通过摩擦材料选取优化和发电机结构设计等方法，输出功率得到了??指数级的增长，到２０１４年４月左右，通过利用ＴＥＮＧ的水平滑动模式的工作方??式［２８］，最大的输出功率密度已经到达了约５００瓦／平方米，是第一个ＴＥＮＧ的１３??万倍左右。而且通过改变不同的工作模式，ＴＥＮＧ被设计成可以收集自然界中许??多原本很难被收集到的机械能，比如有风的吹动［２９］、雨的滴落［３Ｇ］和人的步行［３１］??等等。??除了利用ＴＥＮＧ作为能量源直接供给用电器使用
本文编号：3550135
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１延迟线型声表面波基本结构（ａ）和瑞利波在压电材料中传播的横截面图（ｂ）
如被设计利用于汽车火车运行情况监控的无线无源温度气压ＳＡＷ传感器系统ｔ１９＼??随着ＳＡＷ传感器研究的愈发成熟，工业界也已经出现了?一些消费级的ＳＡＷ??传感器产品，例如图１．?２法国ＳＥＮＳｅＯＲ公司生产设计的无线无源ＳＡＷ温度传??感器监测高压电力设备的运行温度情况。??（ａ）?（ｂｆ??图１．２法国ＳＥＮＳｅＯＲ公司设计的无线无源温度传感器（ａ）被设置在高压电力设备??（ｂ）上检测工作情况。??另外，随着近些年柔性电子和可穿戴设备的进一步发展，原来只制备在刚性??压电材料上的ＳＡＷ器件也被创新性的制备在了各种各样的柔性衬底上，比如聚??酰亚胺（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ，ＰＩ）薄膜＿、聚对苯二曱酸乙二醇酷（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ?Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ，??ＰＥＴ）薄膜［２１］、柔性坡璃上［２２］和超薄铌酸锂［２３］等。而基于这些柔性衬底的柔性??ＳＡＷ器件被制作成了温度、湿度、紫外和应力等传感器。??１．３摩擦纳米发电机??１．３．１摩擦纳米发电机概述及其传感原理??于公元前６００年左右，古希腊时期的科学家泰勒斯就已经记载了摩擦起电现??象：通过摩擦羊毛和琥珀能使琥珀吸引其它物体。摩擦起电的效应大致可以描述??为两种材料进过摩擦之后，它们会带上电荷，而电荷的正负则取决于这两种材料??的相对极性。直到现在摩擦起电现象还是无法被精确的定量描述，因为它的物理??５??
大的能量输出和极低的制作成本等优点，引起了广泛的注意和极大的投入，??ＴＥＮＧ的研究获得了迅猛的发展，输出功率近些年来取得了巨大的提高。仅统计??佐治亚大学和中科院纳米能源所王中林课题组的成果［２７］，如图１．５所示，虽然??２０１２年第一个ＴＥＮＧ的输出电压只有３．３伏特，输出功率密度仅仅有３．６７毫瓦／??平方米，但是通过摩擦材料选取优化和发电机结构设计等方法，输出功率得到了??指数级的增长，到２０１４年４月左右，通过利用ＴＥＮＧ的水平滑动模式的工作方??式［２８］，最大的输出功率密度已经到达了约５００瓦／平方米，是第一个ＴＥＮＧ的１３??万倍左右。而且通过改变不同的工作模式，ＴＥＮＧ被设计成可以收集自然界中许??多原本很难被收集到的机械能，比如有风的吹动［２９］、雨的滴落［３Ｇ］和人的步行［３１］??等等。??除了利用ＴＥＮＧ作为能量源直接供给用电器使用
本文编号：3550135
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3550135.html
