静电纺摩擦纳米发电机在健康监测及无线通讯领域的应用研究

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最近倡导的具有近零时延的第五代(5G)通信技术极大地推动了物联网的发展,而物联网的发展使电子设备朝着小型化,可移动和多功能的趋势发展。但是也引发了一些问题,由于能源的限制,物联网中大量器件的维护需要天文预算,例如更换电池和构建电源,如果使用临时电源,则需要定期更换电池,这也造成了极大地浪费。而纳米发电机(NG)作为一个新兴的微能源存储领域,运用现代科学技术和微纳米材料有效的提取、转化和存储环境中的不可利用的废能来实现微纳系统的有效持续的运转。目前,广泛应用于传感网络、环境保护、人工智能以及蓝色能源等领域。本论文主要介绍了纳米发电机在柔性可穿戴自供电模块以及无线通讯两个领域的应用。首先介绍了基于摩擦电纳米发电机的无校准可穿戴式自供电传感器。摩擦电纳米发电机(TENG)以其高产量、低成本、绿色环保等优点受到人们的广泛关注。但由于金属电极的选择,使可穿戴设备仍有一定的硬度,导致透气性差,影响佩戴舒适性。另外,电极与摩擦材料之间粘附不牢固,也会影响输出性能。因此以普通织物聚合聚苯胺来代替金属电极,聚己内酯(PCL)作为粘合剂来制备的TENG具有出色的柔软性和透气性,从而提高了可穿戴设备的舒适性。这种真正意义上可穿戴的发电机可以为危重病人提供良好的信息接口。一方面,它能够实时监测病人的呼吸状态,并在呼吸停止时及时预警信号。另一方面,语言沟通有困难的患者也可以通过摩斯电码轻敲手指发送信息。更重要的是,该自供电传感器在外加接触电阻的情况下仍然可以正常工作,这将保证该设备在灵活的环境下长期可靠的运行。另外,我们还介绍了基于摩擦纳米发电机的红外无线通信系统。大数据时代继续推动着物联网的发展,这对无线通信技术的要求标准越来越高。作为物联网的良好能源的选择,把NG运用到物联网终端中可以体现巨大的实用价值。但是,当前常用的无线通信方法对能源的要求很高,并且物联网终端处并不能完全摆脱的电池的使用。实验证明了NG可以很好地驱动红外系统,并完成自供电的红外无线光通信(SIOWC)。与可见光通信不同,IOWC可以在足够明亮的环境中使用,该系统为自供电物联网终端的实际应用提供了策略。此外,还设计了基于SIOWC的智能房间,NG可以直接或间接控制家庭中的智能家具和智慧门。基于SIOWC的物联网技术在未来智能住宅中的进一步应用中提供了一种自供电无线通信的可靠选择。
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