基于柔性駐極體發(fā)電機的自供能可穿戴電子器件.pdf

1、柔性與可穿戴電子設備具有智能管理、隨身攜帶等優(yōu)點，在無線通訊、個人移動醫(yī)療等領域具有廣泛的應用。但是，可穿戴電子設備中電池的使用會造成充電不便等問題，而將人體產(chǎn)生的1-5％機械能轉化成電能足以為許多可穿戴電子設備供電。本文致力于開發(fā)多種柔性駐極體發(fā)電機用于收集人體產(chǎn)生的機械能，并展示了其在可穿戴電子學領域的相關應用。主要研究內容與成果如下：
　　1.證明柔性駐極體發(fā)電機的理論模型與基本工作原理分別為平行板電容器和靜電感應效應，且利

2、用有限元模擬和數(shù)值計算手段理論分析了這類發(fā)電機的發(fā)電工作過程。同時，研究了一些關鍵物性參數(shù)對發(fā)電機輸出性能的影響。此外，還實驗測得了單個發(fā)電機的能量轉化效率為0.32%。
　　2.基于聚四氟乙烯駐極體薄膜制備了一種結構簡單的拱形柔性駐極體發(fā)電機。用手指按壓發(fā)電機產(chǎn)生的電能足以驅動50個串聯(lián)相接的藍色LED陣列。通過將發(fā)電機與一個變壓器相接以增強其輸出電流，此時手指按壓發(fā)電機產(chǎn)生的負載電流峰值分別為~6 mA，足以驅動一個紅外信號發(fā)

3、生器。此外，還將形柔性駐極體發(fā)電機與鞋子和衣服整合，制備了簡易的“發(fā)電鞋”與“發(fā)電衣服”用于收集人體產(chǎn)生的機械能，展示了其作為可穿戴能源收集裝置的潛力。
　　3.以棉線、聚四氟乙烯水溶性懸浮液和碳納米管為原料，通過簡單的方法制備出了一種纖維型柔性發(fā)電機(FBG)。這種 FBG的平均輸出功率為~0.1μW/cm2。同時,多個FBG可以與普通的衣物進行整合形成一件發(fā)電衣服，其產(chǎn)生的電能可以觸發(fā)一個無線體溫傳感系統(tǒng)，證明FBG在移動醫(yī)療

4、領域具有潛在的應用。
　　4.將一個FBG纏繞并固定于一根硅膠纖維上制得一個具有螺旋形器件結構的自供能纖維型應變傳感器(AFSS)。得益于AFSS獨特的螺旋結構和硅膠纖維超強的拉伸性能，所制得的AFFS具有很高的探測靈敏度和探測穩(wěn)定性，且其可探測的最大拉伸形變量高達25%。此外，AFSS可以用于探測手指的運動狀態(tài)，證明AFSS在將來的自供能傳感系統(tǒng)中具有潛在應用。
　　5.以乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)和雙向拉伸聚丙烯(BO