【摘 要】
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近几十年来,数字信息技术和网络技术得到了飞速的发展,各种便携的移动电子产品在人们的日常生活中得到了广泛的应用,扮演着越来越重要的作用,为了更长时间的工作,便携式电源
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近几十年来,数字信息技术和网络技术得到了飞速的发展,各种便携的移动电子产品在人们的日常生活中得到了广泛的应用,扮演着越来越重要的作用,为了更长时间的工作,便携式电源的需求变得越来越迫切;同时器件已经向着微型化发展,微纳器件已经被应用到很多领域,发挥着越来越重要的作用。传统的化学电池能源,存在着体积大、笨重、需要经常充电、重金属会造成严重的环境污染等问题,同时很难在尺寸上匹配微纳器件。因此寻找环境友好的便携式电源和电源的小型化显得越来越重要,压电纳米发电机和摩擦纳米发电机可以将工作环境中无处不在的各种不同形式的机械能转化为电能,使得这个问题找到了切实有效的解决方案。本论文工作主要包含以下三部分:钛酸钡是一种传统的压电陶瓷,具有高的压电系数,而且由于和环境友好的特性从而吸引了大量研究者们的关注。我们通过溶胶-凝胶法和静电纺丝法制备了结晶性能良好的、多晶的四方相钙钛矿结构BaTiO3纳米纤维,研究了烧结温度和前驱体中PVP含量对BaTiO3纳米纤维结构和形貌的影响。制做了基于单个BaTiO3纳米纤维的柔性压电纳米发电机,并且测试了其在线性马达驱动下的输出性能,最大的短路电流和开路电压分别达到1.33 nA和0.214 V,表明利用溶胶-凝胶法和静电纺丝法制备的BaTiO3纳米纤维具有优异的压电性能,并且随着应变的增大和应变频率的提升,输出性能也有明显的提高。我们通过水热法合成出超长的钛酸钡纳米线,这种纳米线为四方相结构,并且具有良好的结晶性。利用合成出的钛酸钡纳米线和聚二甲基硅氧烷,我们制作出具有优异输出性能的柔性压电纳米发电机。这种纳米发电机的最大输出电流可达50μA,超过了之前无铅压电纳米发电机的最高纪录,并且其输出能够在不经过储能的情况下时时点亮一个商用红色发光二极管。我们设计了一种多层复合结构作为正极摩擦层,它从表面到电极依次由电荷收集层(CCL),电荷传输层(CTL),电荷存储和阻挡层(CSBL)组成。这种复合结构的设计增加了摩擦纳米发电机正极摩擦层3.7倍的电荷存储密度。当这种多层的复合结构被应用到正负极摩擦层中的时候,摩擦纳米发电机的总电荷存储密度可以提升16.5倍。
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