基于纳米发电机的能量收集技术研究

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能源问题已经成为当今世界阻碍人类发展的一大难题,随着不可再生能源的不断耗竭,研发和探索新的可再生能源已经成为当今世界各国科学家科研的热门课题。同时随着全球环境的不断恶化,绿色新能源的开发对于整个人类的可持续发展意义非凡。纳米科技是当今世界高新技术发展的支柱之一,也是新能源和新材料研发所依赖的重要途径和方式。与此同时随着物联网时代的到来,智能检测,智能家居,可穿戴设备,嵌入式智能医疗越来越普及,微型化的自驱动自供能系统的实现变得极为重要。  纳米技术是当今世界很热门的一项创新技术,其中纳米器件以及纳米能源是纳米技术中最具有发展前景的两个方向。摩擦纳米发电机因其制造工艺简单、成本低廉,结构简单,绿色无污染能够收集周围环境中的宏观微观等各种形式的能量,因此摩擦电发电机在自驱动自供能系统以及新型电源系统中具有非常美好的应用前景。本文重点研究了压电发电机以及摩擦纳米发电机的能量管理电路的设计和优化,针对压电式纳米发电机的电学输出特性,从提高输出电压,降低电路功耗,提高输出功率以及提高能量转换效率等几个方面入手,通过在电路中添加LC振荡电路,采用主动式二极管取代传统二极管,以及负载匹配等措施,并通过软件仿真验证了上述方法的可行性。最后通过对各种类型摩擦纳米发电机电学特性的深入研究,设计出了一种具有普适性的能够将摩擦纳米发电机的低至微瓦级别的能量输出断续存储到可充电锂离子电池中的能量管理电路,最后通过实验测试验证了本文所设计电路的可行性。
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