【摘 要】
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基于环境能量收集的分布式供能技术可以为柔性电子与物联网传感提供有效的解决方案。其中纳米发电机可以从环境机械能、风能,特别是海洋中水波、潮汐,以及人体日常活动中将机械能转换为电能。以纳米发电机为代表的,通过表面或界面的极化电场产生与变化,获得高效能量转换与存储的技术,可以设计具有性能高、结构简单、材料选择多样、绿色环保、生物兼容等优势的环境收集能量器件,在应用于未来人工智能、物联网、可穿戴电子、能源
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基于环境能量收集的分布式供能技术可以为柔性电子与物联网传感提供有效的解决方案。其中纳米发电机可以从环境机械能、风能,特别是海洋中水波、潮汐,以及人体日常活动中将机械能转换为电能。以纳米发电机为代表的,通过表面或界面的极化电场产生与变化,获得高效能量转换与存储的技术,可以设计具有性能高、结构简单、材料选择多样、绿色环保、生物兼容等优势的环境收集能量器件,在应用于未来人工智能、物联网、可穿戴电子、能源科学等领域具有巨大潜力。柔性压电/摩擦材料实现高效能量转换,需要研究极化影响能量转换与存储的电荷运动规律,并且研究不同柔性材料在固-固接触方式下,有效注入电荷,提高表面电荷密度,实现高能量密度存储,从而获得高效的能量转换,可以用于不同应用场景下高输出纳米发电机材料的设计和选择。本文研究了自充电能源包在压电极化场调控下的内部动态电荷调控过程,及柔性压电材料中极化电场对电荷输运的影响,根据电磁场基本理论,通过实验研究不同柔性摩擦材料预驻极条件下,在接触分离的机械运动过程中的电压与电荷输出特性。1.研究了柔性摩擦材料的能量转换特性,根据摩擦纳米发电机的理论,本文利用固-固接触方式对聚四氟乙烯PTFE、聚酰亚胺PI、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET等三种柔性摩擦材料,在机械摩擦预驻极条件下的摩擦电荷密度动态输出进行了实验研究。2.通过研究PTFE、PI、PET在机械接触分离下的电荷积累过程,发现经过摩擦预驻极过程之后,其在机械接触分离下电荷积累过程中的表面电荷密度,相比于未经驻极的摩擦材料,分别从7.8 n C增加到142.9 n C（PTFE）,5.7 n C增加到123.8n C（PI）,4.3 n C变化到-64.3 n C（PET）,饱和值分别提高了17、21、16倍,其中PET材料的表面电荷可以在机械接触分离的不断作用下从正到负进行变化。3.研究了柔性压电材料的能量转换与存储特性,根据电化学能量存储的动态极化调控过程和能量收集-转换-存储一体化机制,分别从压电特性和电化学特性方面研究了自充电能源包的柔性压电组分材料,并从极化增强能量存储的角度,对柔性材料的高性能能量转换与输出进行了讨论。
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