【摘 要】
:
摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG),能有效的收集环境中分散的、低质量、低频率的机械能,输出的电信号具有高电压、低电流的特性。为了进一步提升发电机的输出特性,引用具有低电压、高电流输出特性的电磁发电机(Electromagnetic generator,EMG)与其复合,就能取长补短,而且EMG可以收集环境中的高频能量,扩大了能量收集频率范围,因此就引
论文部分内容阅读
摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG),能有效的收集环境中分散的、低质量、低频率的机械能,输出的电信号具有高电压、低电流的特性。为了进一步提升发电机的输出特性,引用具有低电压、高电流输出特性的电磁发电机(Electromagnetic generator,EMG)与其复合,就能取长补短,而且EMG可以收集环境中的高频能量,扩大了能量收集频率范围,因此就引出了摩擦电-电磁复合纳米发电机(Triboelectric-electromagnetic hybrid nanogenerator,TEHG)。本文通过刮涂法制备了三种柔性复合摩擦-电磁性薄膜,其作为摩擦电材料的同时替代了传统TEHG中的磁铁,减轻了发电机的质量,简化了结构。并以复合膜为基础设计了三种TEHG,详细研究了输出性能并开展了其在不同领域的应用研究。(1)提出了一种基于柔性钕铁硼/聚氯乙烯(Nd2Fe14B/PVC)复合薄膜的接触分离模式TEHG,用以收集环境中的机械能。在这里,将Nd2Fe14B粉末嵌入到PVC薄膜中,制得既具有摩擦电性又具有铁磁性的复合薄膜来取代传统EMG中质量比较大的磁铁。设计的TEHG中TENG在直线电机提供的3.8 N、2.1 Hz稳定输入条件下可以产生高达422 V、60.5μA的输出电信号,在外接5 MΩ的负载电阻条件下输出4.5 m W的峰值功率,EMG可以产生约0.28 V、1.4 m A的输出电信号,在200Ω的负载电阻下可提供0.11 m W的峰值输出功率。与单个能量收集单元(TENG或EMG)相比,TEHG表现出良好的稳定性,并具有较好的充电性能。在360 s内可将470μF的电容器充电达到3 V,存储的能量可以成功地为数显温湿度计和游标卡尺持续供电。(2)设计了一种基于柔性钕铁硼/乙基纤维素(Nd2Fe14B/EC)复合薄膜的旋转TEHG,包括旋转EMG和独立滑动模式的TENG,用于收集环境中的风能。制得既具有摩擦电性又具有铁磁性的复合薄膜来取代磁铁,可以大大减轻转子的重量。通过设计不同电极间隙的叉指电极,优化复合发电机的性能。电极间隙2 mm设计的TEHG中TENG单元在15.5 m/s条件下可以产生约54.83 V、5.41μA的输出电信号,在外接10 MΩ的负载电阻条件下输出99.22μW的峰值功率,EMG可以产生约0.158 V、59.27μA的输出电信号,在2300Ω的负载电阻条件下可提供2.53μW的峰值输出功率。与单独的TENG或EMG相比,TEHG表现出更好的充电性能。在600 s内可将100μF的电容器充电达到11.6 V,将470μF的电容器充电达到3.4 V,存储的能量可为微电子器件的工作提供能量。(3)提出了一种基于柔性钕铁硼/聚二甲基硅氧烷(Nd2Fe14B/PDMS)复合薄膜的TEHG,来采集环境中的机械能。用高韧性的橡胶类介电材料取代塑性介电材料,将Nd2Fe14B颗粒在介电材料中的掺杂含量提高,进而提升EMG单元的输出性能,同时保证TENG单元的性能不会下降。再通过砂纸对摩擦表面进行处理,进一步提升TENG的输出性能。设计的TEHG中TENG在直线电机提供的3.0 N、2.1 Hz稳定输入条件下可以产生高达392 V、41.52μA的输出电信号,EMG可以产生约0.33 V、1.57 m A的输出电信号。将基于磁性-介电复合膜的TEHG的整体输出性能提升,扩大其应用范围。
其他文献
铝灰是铸造铝过程中产生的固体废弃物,主要成分为铝(Al)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(Al N)、其他金属氧化物及无机盐等。铝灰的处理方式主要为堆积和填埋,这将造成铝灰中有价组分的浪费,且污染环境。微硅粉是硅铁合金和金属硅冶炼过程中,硅热电炉中产生的硅气体与氧气结合形成的一种球形粉尘,也属于固体废弃物,该粉尘的主要成分为二氧化硅(Si O2)。微硅粉颗粒细小、质量轻,排入空气会危害人体及环境。因
燃料电池具有高能量密度、无污染和高效的能量转换等优势,是最有发展前景的能量转换设备之一。然而燃料电池阴极氧还原反应(ORR)动力学缓慢,需要高活性催化剂加速其反应进程。目前最有效的ORR催化剂是铂基复合材料,但铂存在高成本、易中毒、稳定性差等问题限制了其大规模应用。因此,开发价格低廉且具有良好催化活性的非贵金属催化剂成为燃料电池商业化发展的重要突破口。其中,氮掺杂碳基材料负载过渡金属(M-N-C,
薄钢板剪力墙结构依靠内嵌钢板拉力带的屈服来耗散地震能量,然而真正发挥塑性变形耗能的是内嵌钢板对角拉力带和中央区域,剩余的面积并未充分发挥作用,造成了材料的浪费。此外,拉力带的受力与支撑受力模式相似,在一个对角线受拉的同时,另一个对角线受压,往往导致钢板墙发生严重的平面外失稳。为解决上述不足,对传统钢板剪力墙结构采取如下优化措施:保留剪力墙屈曲后实际工作的对角拉力带及其汇交的中央区域,将对角线的拉力
劈裂注浆技术、复合地基理论前人已经进行了较为详尽的研究,然而对于新型的劈裂注浆桩复合地基,在注浆成桩过程中,过于依赖实践经验,缺乏必要控制,尤其是难以控制劈裂注浆桩的支脉个数、形状、尺寸。此外,对于劈裂注浆桩复合地基的承载机理尚不明确,劈裂注浆桩单桩、群桩复合地基极限承载力大小没有试验依据,尤其是当劈裂注浆桩复合地基在道路、桥梁、机场跑道等地基处理中应用时,还要承受汽车、列车、飞机等交通工具的循环
<正> 在植被研究中,野外取样是一项十分重要的工作。它不仅关系到野外工作效率问题,而且影响所取得的数据是否有代表性的问题。目前,世界上有关植被野外取样方法有两大类:样地法(plot method)和无样地法(plotless method)。根据国内外研究表明见参考文献([1]、[2]、[3]、[4]、[5]),无样地法比样地法有代表性强、操作简便和工作量少
<正> 一、引言亚热带常绿阔叶林是一个资源丰富、分布广泛的植被类型,它具有种类繁多、结构复杂的特征。因此,野外工作方法就显得特别重要。使用的方法是否得当,涉及到所得资料是否反映客观的真实情况。过去,对样地法(Plot Method)在常绿阔叶林中的应用,有过
化石燃料的消耗和环境的恶化有望通过可再生的新能源器件来缓解。超级电容器作为一种绿色清洁的能源储存装置,在能量储存和转化领域发挥着至关重要的作用,而决定超级电容器性能的关键是电极材料的选用。二维(2D)材料之一的过渡金属碳化物和氮化物(MXene)因其可调的微观结构、丰富的表面官能团、较高的化学活性和亲水性等优势有望作为高性能电极材料。但是,MXene材料易氧化、理论比容量较低,极易发生堆叠导致活性
甲醇燃料因符合节能减排的发展要求而受到大力推广,但甲醇燃烧后产生甲酸、甲醛等物质,对金属零部件造成腐蚀磨损,成为制约甲醇燃料发展的关键性问题。在金属零部件表面制备兼具防腐和耐磨性能的薄膜或涂层是可行方法之一。类金刚石(Diamond-like carbon,DLC)碳基薄膜的高硬度、低摩擦、优异耐磨性能和良好耐腐蚀性等特性使其在甲醇环境中的应用具有可行性,然而目前与此相关的研究工作较少。因此,本文
光催化是一种太阳能转化技术,表面活性位点构筑是提高特定太阳能转化反应表观效率的有效方法,同时可促进催化剂光生载流子分离效率。本论文以晶面结二氧化钛为基底材料,通过表面酸碱位点构筑增强光催化反应表观效率。具体研究内容如下:(1)利用乙醇协同Br-调控氟化二氧化钛表面酸位,制备出富含Ti4+Leiws酸位点二氧化钛光催化材料(F-TiO2(EB))。表面酸位调控不会改变样品的晶体结构、尺寸、吸光度和能
相比于锂、钠、钾等金属,锌储量丰富、价格低廉,在空气中具有良好的稳定性,在水系电解液中可直接用作集流体和电极,理论比容量高(823 m A h g-1),氧化还原电位较低(-0.76 V vs.SHE)。以上优点使得水系锌基储能技术成为近年来炙手可热的研究方向。其中,锌离子混合电容器(ZIHCs),它将二次金属离子电池和超级电容器的优点集于一身,在储能方面表现出良好的应用前景。作为一种新型的混合型