基于駐極體的振動(dòng)式能量采集器的材料、制備及其性能研究.pdf

1、隨著智能化系統(tǒng)的發(fā)展，人們對(duì)于電子設(shè)備的需求急劇增加，微機(jī)電系統(tǒng)作為電子設(shè)備中的一種，具有體積小、質(zhì)量輕、能耗小等優(yōu)點(diǎn)，因此引起人們廣泛關(guān)注。而要使得微機(jī)電系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，能量的供給是關(guān)鍵問題之一。駐極體是一類含取向偶極子和準(zhǔn)永久空間電荷的功能電介質(zhì)材料。駐極體材料會(huì)在其外部形成一個(gè)靜電場(chǎng)，當(dāng)有電極進(jìn)入這塊電場(chǎng)空間后，電極上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷，這就是駐極體的靜電效應(yīng)。由于靜電效應(yīng)的存在，駐極體被廣泛應(yīng)用在各類傳感器件和微型能量采集器中。<

2、br>　　駐極體式微型振動(dòng)能量收集器是通過(guò)采集自然環(huán)境中的振動(dòng)能將其轉(zhuǎn)化為電能的裝置，用作微機(jī)電系統(tǒng)的電源，具有使用壽命長(zhǎng)，電能產(chǎn)生過(guò)程對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，因此成為了微能源技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。目前駐極體式微振能量采集器的研究還處于起步階段，尋找和發(fā)展性能優(yōu)異的駐極體材料是關(guān)鍵。本文選取介電性能優(yōu)異的聚合物材料（氟化乙丙烯共聚物FEP，四氟乙烯、六氟丙烯和偏氟乙烯共聚物THV）作為研究對(duì)象，研究了它們的介電性能和駐極體性能，探索了由于

3、圖形化帶來(lái)的尺寸變化對(duì)駐極體性能的影響。并以它們作為傳感材料制作了微型振動(dòng)能量收集器，通過(guò)理論模擬和實(shí)驗(yàn)，研究了影響微型振動(dòng)能量收集器輸出功率的因素。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　?。?）針對(duì)圖形化帶來(lái)的尺寸變化導(dǎo)致駐極體性能下降的問題，以FEP薄膜為研究對(duì)象，制備了3mm和2mm寬的柵形電場(chǎng)分布駐極體。結(jié)果表明，兩種注極后的樣品存儲(chǔ)150天后柵型電場(chǎng)分布變得清晰而有規(guī)律，覆蓋鋁電極區(qū)電場(chǎng)已衰減至接近零，未覆蓋鋁電極區(qū)仍保持高

4、電位。經(jīng)過(guò)分析表明，F(xiàn)EP和金屬鋁表面兩者電荷衰減性能上的差異是造成FEP表面蒸鍍鋁電極后能獲得柵型電場(chǎng)分布的原因所在。
　　（2）為獲得最佳注極工藝對(duì)柵形電荷存儲(chǔ)性能的影響，研究了充電方法，注極溫度，電極寬度等制備工藝對(duì)柵形電場(chǎng)分布駐極體性能的影響。結(jié)果表明，電暈注極樣品初始表面電位高于熱注極樣品，但衰減速度更快。電極寬度越小，初始表面電位越低，但不同電極寬度樣品的電荷衰減規(guī)律相似。注極溫度越高，樣品的表面電位越高。
　　

5、（3）為克服FEP薄膜駐極體多次振動(dòng)以后電位衰減很快，不能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定靜電場(chǎng)的問題，設(shè)計(jì)制備了FEP/THV雙層駐極體薄膜。為獲得最佳介電性能的THV薄膜，采用高溫熔融熱壓法制備了三種類型的THV薄膜（THV220、THV500和THV815），分別測(cè)量其介電常數(shù)和介質(zhì)損耗。結(jié)果表明，隨著測(cè)試頻率的升高，THV220、THV500和THV815三種類型THV的介電常數(shù)都隨之減小，在熱極化后，它們的介電常數(shù)都有所下降。通過(guò)研究選擇了THV