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在本论文中,我们讨论了三种不同的收集振动能的复合型磁电-摩擦电纳米发电机,并将其应用于不同的电子器件中。此外,我们还研制出相应的锂离子电池来对复合型纳米发电机进行储能,这对于实现电子器件自驱动有着非常重要的意义。 首先,我们研发了一种用弹簧进行连接的复合型磁电-摩擦电纳米发电机,将磁电部分和摩擦电部分进行复合。在振动频率为14 Hz时,摩擦部分整体的开路电压为84V,短路电流为43μA;在外接电阻为2 MΩ时达到最大输出功率,1.2 mW,其对应的质量和体积功率密度分别为1.82 mW/g和3.4 W/m3。磁电发电机部分的开路电压为9.9V,短路电流为7mA,当外接电阻为2 kΩ时输出功率达到最大,为17.4 mW,对应的质量和体积功率密度分别为0.53 mW/g和3.7 W/m3。为了使摩擦部分和磁电部分相匹配,我们使用了变压器来降低摩擦部分的阻抗。此外,我们还研制出一种锂离子电池来储存电能,使复合型纳米发电机的输出电能能够存储。这对于收集振动能的能源装置在自驱动能源器件中的应用有十分重要的意义。 第二种是用于电子手表自驱动的复合型磁电-摩擦电纳米发电机。该种发电机由一个摩擦部分和六个磁电部分组成,可以将生物机械能转化为电能来持续驱动电子手表。球状磁铁放置于六个面都布满线圈的正方体亚克力盒子中,当手臂自然摆动时球形磁铁能够自由运动并不断撞击各面,从而引起摩擦部分和磁电部分的输出。当用此复合型纳米发电机收集生物机械能时,不同的运动模式都能持续驱动电子手表,其中最大的输出方式能够在39 s内对100μF的电容进行充电,并且在整个过程中电子手表可以持续工作456 s。为了延长电子手表的工作时间,我们研制出一种锂离子电池来存储电能。实验结果表明,当用复合型纳米发电机对锂离子电池充电32 min时,可以持续驱动电子手表工作218 min。此项工作对于用纳米发电机的能源装置驱动可穿戴式电子设备有重要意义。 第三种为全封闭式复合型磁电-摩擦电纳米发电机。当振动频率为15.5 Hz的时候,摩擦部分能够输出高电压和低电流,分别为24 V和24μA;而磁电部分能够输出低电压和高电流,分别为0.8V和0.5mA。为了达到最大的输出,磁电部分串联之后进行整流,而摩擦部分整流之后进行并联,最终将两部分进行并联。整合完之后的复合型纳米发电机能够在6.3 h后将自制的锂离子电池从1V充电到1.9V。我们用该种复合型纳米发电机收集人体手臂摆动时所产生的机械能,来实现温度湿度传感器的自驱动。其中用于存储装置的200μF的电容能够在15 s从0V充电到2V,持续驱动此温度湿度器工作29 s。