基于生物相容性材料摩擦电发电机的制备及性能研究.pdf

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1、分类号：430.40密级：天津理工大学研究生学位论文基于生物相容性材料摩擦电发电机的制备及性能研究（申请工程硕士学位）学科专业：材料工程研究方向：生物医用材料作者姓名：孙婧指导教师：陈民芳教授2015年1月 ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeFabricationandPerformanceofTriboelectricGeneratorBasedonBiocompatibleMaterialsBySunJingSupervisorCh

2、enMinfangJanuary2015 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进

3、行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：年月日年月日 摘要摩擦起电效应是指两种不同材料在相互摩擦后带有等量的异性电荷的现象。摩擦式纳米发电机（TENG）是基于摩擦起电和静电感应效应的耦合，将机械能转化为电能的装置，为自然环境中人体活动、液体或空气流动等机械能的收集和转化利用提供了全新的途径。而从生物医学领域应用的角度出发，摩擦电发电机若要作为植入人体的生物微机电器件

4、的组成部分，从选材上必须生物安全，且具有良好的生物相容性。本研究基于临床应用的高分子聚合物和医用金属材料，制备弧型结构的聚合物-聚合物型和金属-聚合物型摩擦电发电机（TEG），分析它们的工作原理，探讨发电机的组成结构和外界施力条件对其电输出性能的影响。结果表明：1.聚合物-聚合物型摩擦电发电机的电输出性能与其摩擦层厚度有关，当乙基纤维素（EC）和左旋聚乳酸（PLLA）薄膜的厚度分别为380µm和320µm时，可测得TEG的最大输出电压和电流值分别为310.5V，16.2µA。2.与以传统单根导线为输出端相比，设计折叠铜线为摩擦电发电

5、机的输出端，其输出电压和电流分别提高了131.2％，63.6％。3.采用阳极氧化工艺对Ti片进行表面处理生成二氧化钛纳米管阵列（TNTAs），可改善摩擦式纳米发电机（TENG）的电输出性能。在60V电压下二次阳极氧化6h的Ti片制备的PLLA-TNTAs摩擦式纳米发电机输出电压和电流值分别达到220.6V，15.1µA，比未处理的PLLA-Ti型摩擦电发电机提高了96.3%，91.1%。4.当施加于金属-聚合物型TENG的形变频率由1Hz增加到5Hz时，开路电压值几乎不变，短路电流值会由10.1µA递增到17.5µA，说明开路电压值

6、主要取决于摩擦电荷密度，而短路电流的大小取决于电荷的流动速率。关键词：摩擦电发电机，生物相容性聚合物，电输出性能，钛片，二次阳极氧化 AbstractThetriboelectriceffectisawell-knownphenomenonthattwodifferentmaterialscangenerateoppositechargeswithequalquantityfrommechanicalcontact.Thetriboelectricnanogenerator(TENG),basedonthecouplingbetwe

7、entriboelectrificationandelectrostaticinduction,canconvertmechanicalenergyintoelectricalenergywhichwillprovideanewwayfortheharvestandconversionofhumanactivity,liquidandairflowexistedinthenaturalenvironment.Aspertherequirementofimplantabledevices,thematerialdesignofbiol

8、ogicalmicrogeneratorrequiresbiologicalsafetyandgoodbiocompatibility.Inthiswork,thepolymer-polymerandmetal-polymertrib