收集振动能的复合型磁电-摩擦电纳米发电机

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ubqazw
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
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。
其他文献
纳米多层膜在电子、信息等功能材料领域有着广泛的应用前景。而作为靶膜、剥离膜、x射线过滤器等重要膜材料应用的无支撑纳米金属多层膜,在核物理、激光核物理、原子核化学具
化石能源的过度消耗导致了能源危机及系列环境问题,收集可再生清洁能源在工业界和学术界得到较高关注。风能和太阳能均为资源丰富的清洁可再生能源,风能可经风力发电塔转换成电
喀斯特地区所处的环境是脆弱的生态环境,遭受到多种多样的环境逆境。岩溶干旱和磷的缺乏是其中两种较典型的喀斯特逆境,它们影响了植物对营养元素的吸收,对植物的生长起了极
传统水资源配置方法只考虑了供水和用水两方面,没有从整个水循环出发,不能真实的反映水资源与水循环之间的转化关系,而基于蒸腾蒸发(ET)的水资源配置方法全面考虑了水循环的演变
恐龙的确是远古地球的统治者,但却只是部分地球的主人,剩下的那部分不是恐龙的领地。什么动物体型巨大,长达几十米,呼吸空气,幼体胎生,统治世界超过上亿年,并最终在距今6500
期刊
近年来,随着现代化经济市场体系的不断提升与优化,推动着当代社会各行各业快速进步.尤其是对于我国当前交通运输行业而言,作为国民经济行业中的重要组成部分,对区域经济的整
磁过滤阴极真空弧沉积技术可以过滤掉弧源产生的大颗粒和中性原子,得到无大颗粒的纯等离子束,同时保持了极高的沉积速率,制备的薄膜具有优异的性能。 采用加乙炔(C2H2)气体的
期刊
水资源是人类赖以生存的基础,而地下水资源是水资源的重要组成部分。我国大部分城市的地下水已不同程度地被各种有机和无机有害物质污染。纳米铁因其反应能力强,容易进入低渗