基于PDMS復(fù)合膜的柔性摩擦電納米發(fā)電機(jī)的研究.pdf

1、在信息高速發(fā)達(dá)的當(dāng)今社會(huì)，以“移動(dòng)、實(shí)時(shí)、智能”為特征的技術(shù)與商業(yè)模式變革正潛移默化地推動(dòng)著。進(jìn)而對(duì)全球能源體系提出了新的挑戰(zhàn)，可移動(dòng)、全天候、高效率的供應(yīng)模式的移動(dòng)能源將定義能源需求新篇章。目前全球范圍內(nèi)正在悄然興起各類可移動(dòng)分布式發(fā)電技術(shù)，基于壓電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)、摩擦電效應(yīng)和靜電感應(yīng)的納米發(fā)電機(jī)正是其中之一。它可以從環(huán)境中收集的能量，通過(guò)能量轉(zhuǎn)換來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)線可移動(dòng)電子器件及其設(shè)備，實(shí)現(xiàn)能量供給。鑒于其在自驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的潛在的應(yīng)用前景以及

2、急需進(jìn)一步深究與探討。本文基于PDMS復(fù)合膜，對(duì)柔性摩擦納米發(fā)電機(jī)進(jìn)行了研究。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴合成了PDMS@GPs復(fù)合膜，系統(tǒng)地研究和對(duì)比分析了基于該膜的不同條件下的摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出電流、輸出電壓和輸出功率。我們發(fā)現(xiàn)：納米發(fā)電機(jī)既充當(dāng)一個(gè)能量?jī)?chǔ)存設(shè)備又充當(dāng)一個(gè)能量輸出設(shè)備。電容式結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電機(jī)的電容量越大，聚合物材料的表面電荷密度就越大。GPs尺寸為20-30 nm，摻雜比例為3.0％的介電層膜的有效介電層厚度

3、d減少了34.68%，相應(yīng)的表面電荷密度增加了111.27%，輸出功率密度可以達(dá)到3.7 W/m2，是基于純PDMS膜的NG的2.6倍。此外，器件具有高輸出功率、柔性、高集成性和生物兼容性等，在柔性傳感器和生物器件領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。
　?、埔运疅岱ê铣傻某叽鐬?00 nm的ZnO團(tuán)聚體顆粒和PDMS為原料，用刮膜法制備PDMS@ZnO復(fù)合膜，再用HCl刻蝕ZnO，得到表面和內(nèi)部都圖案化的多孔蟻穴狀的PDMS柔性透明膜，并結(jié)

4、合PET基底的石墨烯透明電極，制備出柔性透明摩擦納米發(fā)電機(jī)。對(duì)比分析了基于刻蝕摻雜不同量的ZnO團(tuán)聚體顆粒的PDMS復(fù)合膜的摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出，發(fā)現(xiàn)ZnO的最佳摻雜量為25%。器件的最大電流為7.8μA（1.95μA/cm2），最大電壓達(dá)到271 V，最大輸出功率可以達(dá)到0.39 mW，最大表面電荷密度可以達(dá)到9.8 nC（2.45 nC/cm2）。并對(duì)電學(xué)性能得到增強(qiáng)的機(jī)理進(jìn)行了分析和總結(jié)，通過(guò)增大復(fù)合膜表面的粗糙度來(lái)增大摩擦，又通

5、過(guò)直接減少有機(jī)介電層的有效介電層厚度的方法來(lái)增加器件的電容量，從而增加膜的表面電荷密度，達(dá)到增大輸出功率。
　?、菍⒒诙嗫紫佈頟DMS復(fù)合膜和石墨烯透明電極的柔性納米發(fā)電機(jī)應(yīng)用于速度和重量傳感器，該傳感器既可以用于測(cè)定驅(qū)動(dòng)物體的速度又可以用于測(cè)定驅(qū)動(dòng)物體的重量，輸出電流的峰值表征重量，峰值間的間距間接表征速度，同時(shí)該傳感器產(chǎn)生的電能輸出可以儲(chǔ)存在儲(chǔ)電能的設(shè)備中用于驅(qū)動(dòng)傳感器的電路系統(tǒng)。因此可以分別和同時(shí)測(cè)得運(yùn)動(dòng)物體的速度和重量