【摘 要】
:
随着物联网技术和可穿戴电子设备的快速发展,传统的电池能源供电已经暴露出许多缺点,例如使用寿命有限和废弃电池对环境的污染,此外,这些新型应用对能源的便携性、可穿戴性和柔性要求也越来越高。最近,具有输出功率高、制备简单、成本低等优点的摩擦纳米发电机,成为了近几年来相关领域的热点。由于具有良好的拉伸性和柔韧性且适用于人体穿戴,聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)被选取为框
论文部分内容阅读
随着物联网技术和可穿戴电子设备的快速发展,传统的电池能源供电已经暴露出许多缺点,例如使用寿命有限和废弃电池对环境的污染,此外,这些新型应用对能源的便携性、可穿戴性和柔性要求也越来越高。最近,具有输出功率高、制备简单、成本低等优点的摩擦纳米发电机,成为了近几年来相关领域的热点。由于具有良好的拉伸性和柔韧性且适用于人体穿戴,聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)被选取为框架材料。本文研究了利用PDMS构建制备的可穿戴式柔性摩擦纳米发电机及其在人体运动检测中的应用,具体研究内容如下:(1)管状柔性摩擦纳米发电机。研究了独立层式柔性摩擦纳米发电机的制备工艺流程、摩擦材料的选择和工作原理,制备出了管状柔性摩擦纳米发电机并进行了性能分析和优化。研究了独立层个数、摆动频率和摆动角度等因素对器件输出性能的影响,实验结果表明,增加独立层个数有利于提高输出性能,并且更高的摆动频率和摆动角度有利于提高短路电流。通过对氟化乙烯丙烯共聚物(Fluorinated Ethylene Propylene,FEP)薄膜进行超疏水表面处理后,实验发现基于纯水的管状柔性摩擦纳米发电机的输出电压提高了100%。对该发电机进行了3500次循环测试后,其输出性能几乎保持不变,证明该发电机具有良好的稳定性和耐久性。实验表明,该管状柔性摩擦纳米发电机可应用于不同人体运动状态的检测。(2)基于液态金属的柔性摩擦纳米发电机。研究了单电极式柔性摩擦纳米发电机的制备工艺流程、表面微结构和工作原理,制备出了利用液态金属作为电极、PDMS作为摩擦层的柔性摩擦纳米发电机。使用微纳加工技术,制备出表面带有正方形阵列微结构的PDMS,提高了该发电机的灵敏度,并且增大了接触面积,提高了器件的输出性能。使用线性位移台对其施加大小相同而频率不同的外力,其输出电压稳定在30V,而输出电流则从0.5μA增大到1μA。随后测试了该发电机在不同压力时的开路电压和短路电流的变化,证明其具有检测不同压力的能力。同时该柔性摩擦纳米发电机还能够应用于人体日常运动能量的采集和手势检测。
其他文献
随着风电发展技术的日益成熟,越来越多的国家将风电作为从传统能源向可再生能源转变以及应对全球气候变化的重要战略。然而,将风电场SCADA系统接入互联网实现对风电场的远程管理,使得SCADA系统信息安全隐藏的网络安全问题逐渐显现,对风电场SCADA系统信息安全造成严重威胁。本文以提高风电场SCADA系统自主防御与自动化防护为目标,做出以下工作:(1)风电场SCADA系统安全分析以及脆弱性分析。首先介绍
在智能化、微型化飞速发展的时代中,微显示技术已经融入了现代人的生活,混合现实(MR)、虚拟现实(VR)以及增强现实(AR)在未来更有着巨大的应用市场与空间,但AR/VR/MR这些应用对微显示技术有着很高的要求,需要在一个微显示系统上同时实现高分辨率、低功耗、低延时、小尺寸等应用特点,特别是要兼顾高分辨率与小尺寸,目前的微显示系统要兼顾这些优点还存在着很多难关与瓶颈。针对上述的问题,本文研究了现有的
由于高的理论容量和能量密度,且单质硫储量大、成本低,锂硫电池有望成为新一代的高效储能技术。不过,硫单质的导电性差,电化学中形成的多硫分子的穿梭效应及体积膨胀问题严重阻碍了锂硫电池的商业化前景。近年来,研究者们通过载硫材料设计、隔膜改性以及电解液优化等手段来解决以上问题。研究表明,高性能载硫材料能有效抑制穿梭效应及改善单质硫的导电性。本文从电极材料和微纳结构设计出发,通过构筑具有高导电性、强吸附能力
随着计算科学的高速发展,理论模拟在凝聚态物理中起着愈加关键的作用。其不仅可以从原子尺寸水平解释新奇的物理现象,同时还能够预测新材料的物理化学性质,为实验研究提供理论指导。过渡金属硫族化物纳米线具有高弹性、机械稳定等优良物理化学特性,引起了研究者的广泛兴趣。最近,通过对多层2H-Mo6Te6进行真空退火,实验上成功制备出具有一定阵列排布的Mo6Te6纳米线。这种阵列结构的电子性质相对于单根的纳米线发
在过去十几年中,二维材料是人们的研究重点,但是近年来的实验和理论研究发现,层状材料中原子的组成和排列以及层状材料的堆积构型对材料的基本电子性质起着至关重要的作用。这让人们对二维材料的旋转和堆垛有了很大的兴趣。在旋转方面,有很多不同于单层材料的性质相继被发现,比如在旋转双层石墨烯中发现的非常规超导机制等。而在三维堆垛方面,各种比较复杂的拓扑相在不同材料中被发现,比如节点链和Nexus点等。目前实验上
多目标进化算法在解决多目标优化问题时,决策者有时对于各个优化目标的侧重程度并不相同。决策者很多时候只对Pareto最优边界上的一部分解集感兴趣,过多的最优解反而会增加决策者的决策开销。其次,在解决高维多目标问题时,种群中存在大量非支配解,算法性能因缺少选择压力而显著下降。偏好多目标进化算法将偏好信息引入算法从而指导种群进化,得到满足决策者偏好信息的最优解集。这样不仅能够节约计算资源,减轻决策者的决
随着工业和建筑业的飞速发展,人类往大气中排放的污染性气体的量也与日俱增。然而,基于各种敏感颗粒材料的旁热式气体传感器仍遭受着可复制性差的困扰,这限制了该类气体传感器的应用。与此同时,薄膜技术及半导体工艺的飞速发展为传感器的批量生产提供了一种行之有效的方法,通过溶胶-凝胶法、旋涂工艺结合电子束蒸镀技术为制备高性能、适合批量生产的气体传感器开辟了一条新的道路。在本文中,我们分别以铁酸镧(La Fe O
荧光转换型LED照明技术被广泛应用于白光LEDs和植物生长领域。目前,通过黄色荧光粉与蓝光LED芯片组合所得到的照明白光,因缺失红色荧光粉贡献的红光部分,导致显色性差和色温高。因此,限制了其在有高品质要求的室内照明应用。加入红色荧光粉能解决上述问题。另外,荧光转换型LED能为植物提供光合作用所需能量,缩短生长周期,提高产量。红光区域的660 nm和730 nm峰值附近的光是植物生长所需能量波段,能
随着移动机器人的应用场景越来越广泛,各式各样的机器人也逐步进入了人们的视野中,SLAM技术是移动机器人依靠自身搭载的传感器探索未知空间并进行精确导航的重要技术。目前已有的SLAM方法主要是基于理想场景下设计的,而在复杂环境中存在多种因素影响着SLAM系统运行的稳定性。本文主要针对真实复杂环境如:环境纹理缺失、光照不稳定场景等复合型非理想环境,对视觉SLAM中的视觉里程计以及回环检测模块进行了研究与
电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)是三能级原子系统中量子相消干涉的结果,在透明窗口内,吸收和色散特性都发生了剧烈变化,这在慢光、光学存储和其他非线性光学过程中具备潜在的应用。在各种模型系统(光子晶体波导、光机械系统、耦合光学微腔和超材料等)中,通过设计相干激发路径,能产生类EIT效应,但是基于一维光子晶体纳米梁腔的类EIT效应在