欢迎来到火狐体育官网入口,我们将竭诚为您服务!
火狐体育官网入口柴油发电机组源头制造专注生产研究十年 欧盟标准 双效合一
火狐体育足彩官方全国咨询热线:400-801-8834
新闻中心
联系我们
400-801-8834

手机:18252604415

邮箱:meaopower@163.com

QQ:65605713

地址:泰州市鲍徐扬子东路22号

当前位置:首页 > 新闻中心

CNTPDMS介电层微结构成型及摩擦纳米发电机制备丨JME文

发布时间:2022-09-04 17:51:48 来源:火狐体育足彩官方 作者:火狐体育安卓版

内容简介:  能量收集技术是一种新型能源利用技术,通过将周围环境中存在的其他形式能量转化为电能并储存在能量储存器件中,再传递给传感器节点等微功耗电子器件,实现能量持续供给。该技术具有重复性强、应用范围广、环保性高等优点,是一项颇具发展潜力的能量利用技术,在物联网、无线模块及智能可穿戴等领域有着广泛的应用前景。目前常见的能量收集方式有压电、电磁感应、摩擦起电及热释电等。摩擦纳米发电机利用摩擦起电和静电感应原理,通过两种电性不同的材料接触摩擦,可感应出正负电荷,通过导线与外电路连接实现电荷流动以提供能量,该方法具有制作简单、可持续性强等优点,因而得...

  能量收集技术是一种新型能源利用技术,通过将周围环境中存在的其他形式能量转化为电能并储存在能量储存器件中,再传递给传感器节点等微功耗电子器件,实现能量持续供给。该技术具有重复性强、应用范围广、环保性高等优点,是一项颇具发展潜力的能量利用技术,在物联网、无线模块及智能可穿戴等领域有着广泛的应用前景。目前常见的能量收集方式有压电、电磁感应、摩擦起电及热释电等。摩擦纳米发电机利用摩擦起电和静电感应原理,通过两种电性不同的材料接触摩擦,可感应出正负电荷,通过导线与外电路连接实现电荷流动以提供能量,该方法具有制作简单、可持续性强等优点,因而得到广泛应用。按照材料的相互作用方式,常见的TENG有垂直接触分离式、水平滑动式、单电极式及独立层式。其中垂直接触分离式由两种电性不同的介电层通过在其背面制作电极并引出导线构成,结构简单、使用寿命长。为提高垂直接触分离模式TENG介电层表面电荷密度进而提高其输出功率,国内外学者针对介电层的改性方法进行了深入研究。然而目前研究涉及的改性方法工艺周期长且成本较高。因此,研究一种介电层工艺简单、低成本的改性方法进而提高TENG的电容值成为研究焦点。

  西安工程大学的肖渊教授团队在《机械工程学报》2021年15期发表了《CNT/PDMS介电层微结构成型及摩擦纳米发电机制备》一文,研究团队针对目前摩擦纳米发电机介电层表面微结构制作及改性方法存在工艺流程复杂,成本高等问题,本文提出了一种低成本介电层改性方法制备摩擦纳米发电机。以普通砂纸为模板,碳纳米管(CNT)为掺杂材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为介电材料,通过搅拌、混炼、涂覆固化、剥离等工艺制备不同参数的微结构CNT/PDMS介电层,实现垂直接触分离式摩擦纳米发电机的制备。对不同目数砂纸下介电层微结构形貌、CNT掺杂含量及外界载荷作用下摩擦纳米发电机的输出电性能影响规律进行研究;并对摩擦纳米发电机负载功率及耐久性进行测试,验证此方法提高TENG输出的可行性。

  他们提出了简单低成本的方法制备不同参数的微结构CNT/PDMS介电层,实现垂直接触分离式TENG的制备。研究不同目数砂纸下PDMS表面微结构、CNT掺杂含量及外界载荷作用对摩擦纳米发电机性能输出的影响规律。结果表明:随着砂纸目数的增加,摩擦纳米发电机电压和电流均增大,当目数达到800时开路电压和短路电流均达到最大值,其峰值开路电压和峰值短路电流分别为14.5 V和42 μA,而后当目数进一步增大时电压和电流开始减小。测量并计算了微结构PDMS介电层上表面面积,制备的介电层表面积先增大后减小,在目数为800时,介电层表面积达到最大,TENG输出达到最大值。CNT掺杂量从0wt.%增大到1wt.%时,TENG开路电压和短路电流均逐渐增大,在1wt.%时达到最大值,其峰值开路电压和短路电流分别为32 V和62 μA。当超过1wt.%时,开路电压和短路电流均逐渐减小。测量了不同CNT掺杂含量的微结构CNT/PDMS介电层电容、介电常数和介电损耗,结果表明添加CNT导电材料使得PDMS介电层的电容先增后减,介电常数和介电损耗同时增加,电容最大在1wt.%CNT掺杂含量处取得,为24.2 pF。载荷作用增加使TENG开路电压先增大后缓慢增加。测试了TENG输出功率及耐久性,其最大瞬时功率密度为1.23×10-3W/m3,且经10 000次工作循环表现出较好的耐久性。

  (1)提出了在PDMS中掺杂CNT,并以砂纸为模板快速在PDMS表面成型微结构,制备微结构CNT/PDMS介电层的方法完成了一种基于微结构CNT/PDMS介电层的TENG制备。

  (2) TENG输出开路电压及短路电流随砂纸目数及CNT掺杂含量的增加呈先增加后减小趋势,800目砂纸成型微结构下,TENG输出最大;CNT掺杂含量为1wt.%时,介电层电容值达到最大;载荷作用增加使TENG开路电压先增大后缓慢增加。

  (3)测试结果表明,TENG可产生最大瞬时功率密度为1.23×10-3W/m3,且经10000次工作循环,表现出较好的耐久性。

  探索简单廉价的工艺方法提高TENG介电层的电容和对自供电和便携式设备的低成本制造具有一定意义。

  肖渊,男,工学博士,教授,博士研究生导师,西安工程大学机电工程学院副院长。主要研究方向:微滴喷射成型技术、能量收集技术、可穿戴智能纺织品等。主持及参与了国家自然科学基金、国家863计划课题、高等学校博士学科点专项科研基金等项目,在机械工程学报、Journal of material processing等国内外期刊发表论文20余篇。

  刘进超,2018年于西安工程大学获得学士学位,2021年于西安工程大学获得硕士学位,主要研究方向为能量收集技术。

  针对可穿戴智能纺织品织物柔性导电线路、传感器件的低成本制造方法进行深入研究,分别提出了微滴喷射打印化学沉积及原电池置换沉积的成型方法。对成形过程中涉及的动力学和热力学特性及多场耦合参数影响规律进行研究,明确了具有多孔高粗糙度织物基柔性导电线路及传感器件的有效制造方法。对信息技术与纺织品的集成制备向高效率、低成本方向发展起到积极的促进作用。近年来从事智能可穿戴纺织品研究,针对智能纺织品电源、柔性导电线路、柔性发热丝等进行了深入研究。

  JME学院是由《机械工程学报》编辑部2018年创建,以关注、陪伴青年学者成长为宗旨,努力探索学术传播服务新模式。首任院长是中国机械工程学会监事会监事长、《机械工程学报》中英文两刊主编宋天虎。

  有一种合作叫做真诚,有一种发展可以无限,有一种伙伴可以互利共赢,愿我们合作起来流连忘返,发展起来前景可观。关于论文推荐、团队介绍、图书出版、学术直播、招聘信息、会议推广等,请与我们联系。

  感谢关注我们!《机械工程学报》编辑部将努力为您打造一个有态度、有深度、有温度的学术媒体!