【摘要】：自供能系統(tǒng)是一種無需外加電源,從環(huán)境中收集能量實現能量自供的新型功能器件,在大范圍環(huán)境監(jiān)測、人體健康監(jiān)測、軍事偵察、生物醫(yī)療、安全防護等領域有著誘人的應用前景。雖然基于納米發(fā)電機的自供能系統(tǒng)有了一定的發(fā)展,但完全自供能的傳感系統(tǒng)仍然需要進一步的完善優(yōu)化。本文圍繞著完全自供能傳感系統(tǒng)主要開展了基于聚偏二氟乙烯(PVDF)/尼龍11(PA11)復合薄膜的壓電納米發(fā)電機、基于靜電紡絲納米線的摩擦納米發(fā)電機、完全自供能的紫外強度等級探測系統(tǒng)和具有紫外響應的摩擦納米發(fā)電機的研究工作。利用PVDF/PA11復合壓電薄膜制備出具有較高輸出性能的壓電納米發(fā)電機,其輸出電壓達到3.2 V,輸出電流達到13.2μA。研究了這種壓電納米發(fā)電機在不同驅動力下的輸出性能,發(fā)現壓電納米發(fā)電機的輸出電壓和輸出電流信號隨著驅動力的增加而變大。我們使用這種壓電納米發(fā)電機實時點亮了商用發(fā)光二極管,證明這種壓電納米發(fā)電機可以作為供能單元為一些微型器件進行供電。最后將這種壓電納米發(fā)電機和ZnO納米線紫外傳感器進行串聯,制作出自供能的紫外傳感器,實現了紫外光強度的自供能探測。將靜電紡絲納米線作為摩擦納米發(fā)電機的摩擦層,成功制作出基于靜電紡絲納米線的摩擦納米發(fā)電機。通過對比實驗,我們證明了靜電紡絲納米線對摩擦納米發(fā)電機的輸出性能有顯著地提升效果。這種基于靜電紡絲納米線的摩擦納米發(fā)電機在線性馬達的驅動下輸出電壓達到1163 V,輸出電流為211μA。利用這種高輸出的摩擦納米發(fā)電機,我們成功點亮了140個商用的紅色發(fā)光二極管并首次實現了微型電機的實時驅動。利用高輸出性能的摩擦納米發(fā)電機、ZnO電紡納米線紫外傳感器、發(fā)光二極管、分流電阻和穩(wěn)壓二極管,我們設計并制作出一種完全自供能的紫外強度等級探測系統(tǒng)。這種完全自供能紫外強度等級探測系統(tǒng)能夠利用人體機械能精確地探測并顯示出所處環(huán)境的紫外線強度等級。人們可以隨時隨地使用這種自供能紫外探測系統(tǒng)探知所處環(huán)境的紫外線強度等級并采取相應的防護措施。這個工作成功地將自供能系統(tǒng)應用于人類公共衛(wèi)生領域。利用ZnO和PVDF作為摩擦納米發(fā)電機的兩個摩擦層,我們制作出具有紫外響應的摩擦納米發(fā)電機,實現了供能單元與傳感單元的集成。這種納米發(fā)電機同時具有供電和傳感兩種特性,為制備高集成低功耗的自供能傳感器提供了一種簡單可行的方法。利用這種具有紫外響應的摩擦納米發(fā)電機,我們實現了2nW/cm2紫外光的自供能探測。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM31;TB383.1

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