基于柔性駐極體發(fā)電機(jī)的自供能可穿戴電子器件.pdf

1、柔性與可穿戴電子設(shè)備具有智能管理、隨身攜帶等優(yōu)點(diǎn)，在無線通訊、個(gè)人移動(dòng)醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但是，可穿戴電子設(shè)備中電池的使用會(huì)造成充電不便等問題，而將人體產(chǎn)生的1-5％機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能足以為許多可穿戴電子設(shè)備供電。本文致力于開發(fā)多種柔性駐極體發(fā)電機(jī)用于收集人體產(chǎn)生的機(jī)械能，并展示了其在可穿戴電子學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用。主要研究?jī)?nèi)容與成果如下：
　　1.證明柔性駐極體發(fā)電機(jī)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(yīng)效應(yīng)，且利

2、用有限元模擬和數(shù)值計(jì)算手段理論分析了這類發(fā)電機(jī)的發(fā)電工作過程。同時(shí)，研究了一些關(guān)鍵物性參數(shù)對(duì)發(fā)電機(jī)輸出性能的影響。此外，還實(shí)驗(yàn)測(cè)得了單個(gè)發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的拱形柔性駐極體發(fā)電機(jī)。用手指按壓發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能足以驅(qū)動(dòng)50個(gè)串聯(lián)相接的藍(lán)色LED陣列。通過將發(fā)電機(jī)與一個(gè)變壓器相接以增強(qiáng)其輸出電流，此時(shí)手指按壓發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的負(fù)載電流峰值分別為~6 mA，足以驅(qū)動(dòng)一個(gè)紅外信號(hào)發(fā)

3、生器。此外，還將形柔性駐極體發(fā)電機(jī)與鞋子和衣服整合，制備了簡(jiǎn)易的“發(fā)電鞋”與“發(fā)電衣服”用于收集人體產(chǎn)生的機(jī)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(jiǎn)單的方法制備出了一種纖維型柔性發(fā)電機(jī)(FBG)。這種 FBG的平均輸出功率為~0.1μW/cm2。同時(shí),多個(gè)FBG可以與普通的衣物進(jìn)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(gè)無線體溫傳感系統(tǒng)，證明FBG在移動(dòng)醫(yī)療

4、領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。
　　4.將一個(gè)FBG纏繞并固定于一根硅膠纖維上制得一個(gè)具有螺旋形器件結(jié)構(gòu)的自供能纖維型應(yīng)變傳感器(AFSS)。得益于AFSS獨(dú)特的螺旋結(jié)構(gòu)和硅膠纖維超強(qiáng)的拉伸性能，所制得的AFFS具有很高的探測(cè)靈敏度和探測(cè)穩(wěn)定性，且其可探測(cè)的最大拉伸形變量高達(dá)25%。此外，AFSS可以用于探測(cè)手指的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，證明AFSS在將來的自供能傳感系統(tǒng)中具有潛在應(yīng)用。
　　5.以乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)和雙向拉伸聚丙烯(BO