【摘 要】
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可穿戴电子器件一般利用电池供电,由于电池需要充电,限制了可穿戴器件的便携性和不同应用场合的适用性,特别对于野外单兵装备等无电网使用环境,因此收集人体运动能给可穿戴器件供电成为研究热点。介电弹性体发电机（DEG）作为一种新型的机电转换装置,可收集外部的机械能并转换成电能,具有质量轻、柔性好、成本低和能量密度高等优点,利用介电弹性体发电机收集人体运动能给可穿戴器件供电/给电池充电具有良好的应用前景。针
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可穿戴电子器件一般利用电池供电,由于电池需要充电,限制了可穿戴器件的便携性和不同应用场合的适用性,特别对于野外单兵装备等无电网使用环境,因此收集人体运动能给可穿戴器件供电成为研究热点。介电弹性体发电机（DEG）作为一种新型的机电转换装置,可收集外部的机械能并转换成电能,具有质量轻、柔性好、成本低和能量密度高等优点,利用介电弹性体发电机收集人体运动能给可穿戴器件供电/给电池充电具有良好的应用前景。针对目前介电弹性体发电机研究中存在需要外接高压电源以提供初始电压/电荷的主要问题,本文构建了一种基于可拉伸驻极体的串/并输出型的自偏置新型介电弹性体发电机,以进一步推进介电弹性体发电机的应用研究。主要研究内容如下:1.可拉伸驻极体的制备。通过优选相关材料:利用膨体聚四氟乙烯（e PTFE）驻极体表面带有极化电荷、可在周围空间激发持久稳定电场的特点,以及Ecoflex的柔性可拉伸性能好等特点,制备了一种内部带有极化电荷且可拉伸的薄膜,即可拉伸驻极体,其具有-400 V的表面电位,能够承受450%的最大应变和0.8 MPa的最大应力。2.可拉伸驻极体机-电换能器的设计与制备。以可拉伸驻极体为基体构建可拉伸驻极体机-电换能器,建立可拉伸驻极体机-电换能器的物理模型,分析可拉伸驻极体机-电换能器在压缩和拉伸两种形变下的输出电压变化、及影响可拉伸驻极体机-电换能器输出特性的因素。在压缩和拉伸两种形变情况下,对可拉伸驻极体机-电换能器的电压、电流和电荷量等电学输出及其稳定性进行实验测试。3.一种基于可拉伸驻极体的串/并输出自偏置新型介电弹性体发电机的构建。基于可拉伸驻极体机-电换能器给介电弹性体发电机提供初始电荷,结合电荷泵电路和稳压电路的设计,构建能够实现稳定输出的介电弹性体发电机,通过实验研究得到该介电弹性体发电机串联输出和并联输出之间具有4:1的关系,实验测试串联输出和并联输出的干扰特性。最后,利用该型介电弹性体发电机进行电子器件驱动测试和人体运动能的收集测试,初步验证该型介电弹性体发电机的应用可行性。
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