基于柔性駐極體發(fā)電機的自供能可穿戴電子器件.pdf

1、柔性與可穿戴電子設(shè)備具有智能管理、隨身攜帶等優(yōu)點，在無線通訊、個人移動醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但是，可穿戴電子設(shè)備中電池的使用會造成充電不便等問題，而將人體產(chǎn)生的1-5％機械能轉(zhuǎn)化成電能足以為許多可穿戴電子設(shè)備供電。本文致力于開發(fā)多種柔性駐極體發(fā)電機用于收集人體產(chǎn)生的機械能，并展示了其在可穿戴電子學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用。主要研究內(nèi)容與成果如下：
　　1.證明柔性駐極體發(fā)電機的理論模型與基本工作原理分別為平行板電容器和靜電感應(yīng)效應(yīng)，且利

2、用有限元模擬和數(shù)值計算手段理論分析了這類發(fā)電機的發(fā)電工作過程。同時，研究了一些關(guān)鍵物性參數(shù)對發(fā)電機輸出性能的影響。此外，還實驗測得了單個發(fā)電機的能量轉(zhuǎn)化效率為0.32%。
　　2.基于聚四氟乙烯駐極體薄膜制備了一種結(jié)構(gòu)簡單的拱形柔性駐極體發(fā)電機。用手指按壓發(fā)電機產(chǎn)生的電能足以驅(qū)動50個串聯(lián)相接的藍色LED陣列。通過將發(fā)電機與一個變壓器相接以增強其輸出電流，此時手指按壓發(fā)電機產(chǎn)生的負載電流峰值分別為~6 mA，足以驅(qū)動一個紅外信號發(fā)

3、生器。此外，還將形柔性駐極體發(fā)電機與鞋子和衣服整合，制備了簡易的“發(fā)電鞋”與“發(fā)電衣服”用于收集人體產(chǎn)生的機械能，展示了其作為可穿戴能源收集裝置的潛力。
　　3.以棉線、聚四氟乙烯水溶性懸浮液和碳納米管為原料，通過簡單的方法制備出了一種纖維型柔性發(fā)電機(FBG)。這種 FBG的平均輸出功率為~0.1μW/cm2。同時,多個FBG可以與普通的衣物進行整合形成一件發(fā)電衣服，其產(chǎn)生的電能可以觸發(fā)一個無線體溫傳感系統(tǒng)，證明FBG在移動醫(yī)療

4、領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。
　　4.將一個FBG纏繞并固定于一根硅膠纖維上制得一個具有螺旋形器件結(jié)構(gòu)的自供能纖維型應(yīng)變傳感器(AFSS)。得益于AFSS獨特的螺旋結(jié)構(gòu)和硅膠纖維超強的拉伸性能，所制得的AFFS具有很高的探測靈敏度和探測穩(wěn)定性，且其可探測的最大拉伸形變量高達25%。此外，AFSS可以用于探測手指的運動狀態(tài)，證明AFSS在將來的自供能傳感系統(tǒng)中具有潛在應(yīng)用。
　　5.以乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)和雙向拉伸聚丙烯(BO