面向能量采集的低阻抗BTO/CNT复合薄膜的制备及其特性研究

【摘要】在本文中我们结合压电效应与摩擦效应的各自特点，提出一种同时利用压电电势与摩擦电势结合的方法，以获得一种面向能量采集的，对环境友好的低阻抗、高输出电压、高输出功率的复合薄膜(P-TENG)。具体来说，在该结构的设计过程中我们利用表面具有金字塔状摩擦结构的PDMS（聚二甲基硅氧烷）薄膜来增强器件的输出性能。同时，我们在薄膜的制备过程中掺入压电钛酸钡纳米颗粒（BTO，平均粒径30nm）和多壁碳纳米管（MW-CNT，平均粒径20nm）。实验发现，当BTO与MW-CNT的体积比（N）为2：3以及BTO与MW-CNT混合颗粒占PDMS基体的体积比为9%时，经过加热就得到具有高电导率、高韧性的压电-摩擦复合薄膜。并且通过拟合实验数据发现其电导率模型符合一元三次方程。并在对复合薄膜的极化过程的研究中，找到了最佳的极化电场、时间与温度。进一步，我们将经过预处理的PET/ITO导电膜作为上电极，铝箔作为底电极构成拱形能量采集器的简单模型(2cm*4cm)。在20Hz的最优外加频率下，该能量采集器的峰值电压可达22V、短路电流为9μA、电流密度为1.13μA/cm2。这是仅有摩擦效应能量采集器输出的六倍、仅有压电效应能量采集器输出的两倍。这种新型的能量采集器经过系统的研究被证明是一种可以提供可靠能源的装置，在没有任何整流电路或存贮电路的情况下，在脚踩压力的作用下可以直接点亮28盏商用LED灯。同时该结构也在利用走路等方式收集振动能量方面显示出广泛的适用性。
【作者】李俊漾；
【导师】薛晨阳；
【作者基本信息】中北大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】压电效应；摩擦效应；机械振动；能量采集；

【参考文献】
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