基于石墨烯的摩擦發(fā)電器件的構(gòu)建及其性能研究.pdf

1、自從摩擦電發(fā)電機于2012年被提出以后，由于其具有能夠收集環(huán)境中微小的、廢棄的機械能轉(zhuǎn)化為電能、結(jié)構(gòu)和工藝簡單、價格低廉等優(yōu)點，受到越來越多的關(guān)注。目前，基于石墨烯的透明摩擦發(fā)電機的研究還非常少。本論文基于垂直接觸分離結(jié)構(gòu)摩擦電發(fā)電機的工作原理，設(shè)計并制備基于石墨烯的透明摩擦電發(fā)電機，并研究其電學(xué)性能，進(jìn)而提出三種能夠有效提高其輸出功率密度的方法。主要內(nèi)容與結(jié)論如下。
　　1.研究了電極結(jié)構(gòu)對透明摩擦電發(fā)電機電學(xué)性能的影響規(guī)律。研

2、究結(jié)果表明：以常用的透明電極 ITO和石墨烯薄膜為電極材料，運用它們的不同組合，以聚酰亞胺和 PET為摩擦層，制備出了四種不同電極的透明摩擦電發(fā)電機；在同樣條件下測試了各自的電學(xué)性能，并研究了石墨烯與ITO薄膜的特性；由于石墨烯薄膜優(yōu)異的柔韌性能和 ITO的高電導(dǎo)性，使以石墨烯為上電極、ITO為下電極的透明摩擦電發(fā)電機輸出功率最高，這表明設(shè)計合適的電極結(jié)構(gòu)能夠有效的提高發(fā)電機的輸出功率密度。
　　2.研究了不同負(fù)摩擦電材料對透明摩

3、擦電發(fā)電機電學(xué)性能的影響規(guī)律。選擇了PI、AZ5214光刻膠、PMMA和PDMS作為負(fù)摩擦電材料，制備出了四種不同摩擦電材料的透明摩擦電發(fā)電機并研究了其電學(xué)性能；由于 AZ5214光刻膠和PDMS都具有超強的得電子能力，導(dǎo)致摩擦層表面產(chǎn)生更多的凈電荷，使以此兩種物質(zhì)為負(fù)摩擦電材料的透明摩擦電發(fā)電機的輸出功率最高；綜合對比了材料的價格、存儲條件、發(fā)電機的電學(xué)性能和透光率，確定了PDMS是透明摩擦電發(fā)電機最佳的負(fù)摩擦電材料。
　　3.

4、優(yōu)化了PDMS表面圖形化工藝，并研究了圖形化對摩擦電發(fā)電機電學(xué)性能的影響規(guī)律。研究表明：當(dāng) SF6流量為50sccm、O2流量為10 sccm、He流量為10sccm、Ar流量為10 sccm、反應(yīng)刻蝕功率160 W和反應(yīng)時間10 min時，能獲得良好的PDMS圖形并能制備性能良好的摩擦發(fā)電機；圖形化的PDMS摩擦電發(fā)電機的電學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于未圖形化的發(fā)電機，其原因在于 PDMS表面被圖形化，增加了粗糙度、增大了摩擦力，從而增加了凈摩擦電