pdms基摩擦电纳米发电机的发电机理及影响因素研究

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1、分类号：TM921.41密级：公开UDC：621编号：10299S1303059硕士学位论文PDMS基摩擦电纳米发电机的发电机理及影响因素研究TheworkingprincipleandinfluencefactorsoftriboelectricnanogeneratorbasedonPDMS指导教师程广贵副教授作者姓名张伟申请学位级别硕士学科（专业）机械电子工程论文提交日期2016年4月论文答辩日期2016年6月学位授予单位和日期江苏大学2016年6月答辩委员会主席_______________评阅人_______

2、_______2016年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位

3、论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生院办理。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日PDMS基摩擦电纳米发电机的发电机理及影响因素研究Theworkingprinciplea

4、ndinfluencefactorsoftriboelectricnanogeneratorbasedonPDMS专业名称机械电子工程指导老师程广贵副教授姓名张伟2016年6月江苏大学硕士学位论文摘要环境中蕴含丰富的相对能量较小、运动幅度不大、不规则的机械能，传统的发电机无法有效实现这类能量的收集利用。摩擦电纳米发电机(TENG)是基于摩擦生电和静电感应复合原理将机械能转换为电能的一种新型能源获取方式。本文在理论研究的基础上，采用模板法制备了多种织构的聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜，组装成PDMS基的TENG并研究了其电

5、输出机理及影响因素，最后并借助等离子体处理（ICP）和添加纳米颗粒等方式对PDMS膜进行调控处理，具体工作及结果如下：首先，采用旋涂法在硅模板上制备了多种织构的PDMS膜，利用ICP对光滑PDMS膜、PDMS膜微柱阵列表面进行刻蚀处理，并借助扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）进行表征，结果表明，光滑PDMS膜厚度为250μm，表面均匀平坦，粗糙度为0.837nm，PDMS微柱阵列高度为30μm。其次，借助Matlab软件对开路电压-转移电荷-距离（V-Q-X）关系进行模拟分析，并对光滑PDMS膜进行电输出

6、测试，结果表明，开路电压（Voc）和短路电流（Isc）分别为2.8V和0.24μA，呈交流特性且随着载荷的增加，TENG的电输出先准线性增加，再表现出饱和的趋势。再次，实验研究了接触区表面积、外加载荷对TENGs输出性能的影响。结果表明,圆形微柱阵列的存在有效增加了TENG的作用面积，提高其电输出性能,相同载荷下,电输出随微柱间距离减小而增加,在间距为15µm、载荷为5N时,输出的平均开路电压和短路电流分别为88V和15µA,是同等条件下、微柱间距为50µm电输出的1.5倍以上；电输出随载荷增加呈准线性增加。ANSYS

7、软件模拟了PDMS微圆柱织构在载荷作用下的变形行为,结果表明,压力作用下,微圆柱主要发生压缩变形,基底的变形导致微柱与上电极之间产生侧向摩擦,从而产生更多电荷,提升了电输出性能。最后，对PDMS膜表面进行了ICP处理，研究了刻蚀功率、时间等因素对PDMS膜表面形貌及电输出性能的影响。结果表明，ICP处理对TENG的电输出提升具有明显的效果，采用氩气处理时，对于光滑PDMS膜，当功率为60%、刻蚀5min时处理效果最佳，电输出相比于光滑PMDS膜提升了2.6倍以上；织IPDMS基摩擦电纳米发电机制备及输出性能研究构表面I

8、CP复合处理结果表明，Voc从42V增加到72V，Isc从4.2μA增加到8.3μA，相比于光滑PDMS膜提升了3.6倍以上。氩气ICP处理具有时效性，ICP处理后的光滑PDMS膜在保存3个月后的电输出性能下降35%。铜纳米颗粒对TENGs的电输出测试结果表明，铜纳米颗粒添加时可以改善TENGs的电输出特性，当纳米颗粒质量分数为2