非金属无氟纸基发电机

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1、分类号学号M201272546学校代码10487密级硕士学位论文非金属无氟纸基发电机学位申请人：胡琦旖学科专业：物理电子学指导教师：周军教授答辩日期：2015年5月ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMetal-freeandnon-FluorinePaper-basedGeneratorCandidate:HuQiyiMajor:PhysicalElectronicsSupervisor:Pro

2、f.ZhouJunHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，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：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学校有关保留、使用学位论文的规定，即：

3、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要随着柔性电子器件的快速增长，柔性电源普遍受到了业界的关注。而市场上的电源主要以块状的纽扣电池或者锂电池为主，并不能够与全柔性电子设备相接连。此外，电池存在例如爆炸等隐性危险

4、，常常在航空托运中受到限制。因此，目前人们致力于寻求一种全柔性的电源或者发电机，其能够直接为柔性电子产品，如微型可携带/穿戴电子设备、智能包装提供能源；且保持绿色安全。而纸作为一种信息传播的传统载体，具有廉价、质轻、可生物降解和可循环等优点，近年来在柔性电子纸、晶体管、触摸板以及智能包装显示等领域引起了广泛关注。于是，纸基发电机作为外部电源的一种替代或者补充应运而生，从而拓展了纸基电子产品的应用。本论文介绍了一种对环境友好的非金属无氟纸基发电机，可以从周围环境中收集能量并转化为电能。主要的研究内容和成果如下：1.基于碳纳米管耐腐烛、耐冲击和导

5、电导热性好等优良特性，我们选择碳纳米管作为导电材料，通过刮涂的方法制作出碳纳米管导电层，并测试其抗拉伸性能和稳定性。实验证明，碳纳米管导电层在不同弯曲条件下其导电性能保持在154.9Ω/□左右，可见，其具有很好的抗拉伸性。此外，碳纳米管导电层在原始状态下的伏安特性曲线和经历1000次循环后的伏安特性曲线接近重合，表明碳纳米管导电层具有很好的稳定性。另一方面，碳纳米管替代传统的金属作为导电层可以避免金属回收对环境的影响。2.基于驻极体可以长久保持剩余电荷的性能，我们选择驻极体材料聚丙烯作为发电功能材料，可以避免含氟材料对环境的影响。通过实验对比

6、发现使用多孔聚丙烯材料的发电机的输出峰值电流为使用普通聚丙烯材料发电机输出峰值电流的2倍以上，因此我们进一步选择多孔聚丙烯材料作为发电功能材料。在对多孔聚丙烯进行极化处理的研究中，我们发现通过负电晕充电处理后，多孔聚丙烯材料的表面电位可以在较长的时间内保持在-620V左右。I华中科技大学硕士学位论文3.基于静电感应的原理，我们设计出一种新的非金属无氟纸基V型发电机。这种发电机以相纸作为基底，以碳纳米管作为导电层，以多孔聚丙烯作为发电功能材料。根据V型结构我们建立这类器件的理论模型，推导得出这种非金属无氟纸基V型发电机在外接电阻条件下输出特性的

7、基本公式。通过数值计算方法，得到峰值电流和瞬时峰值功率在不同外接电阻和不同频率下的数值解。进一步地，我们可以得到最佳负载电阻和频率的关系，从而为定量分析非金属无氟纸基V型发电机的输出特性提出了一套准确的方法。4.对非金属无氟纸基V型发电机进行实际输出性能测试，测试结果和模拟结果高度一致。在外力作用下，组成非金属无氟纸基V型发电机的上下两个部件之间的距离产生变化，形成电荷分离和电势差，并驱动电子在外电路中流动。非金属无氟纸基V型发电机在25Hz条件下的瞬时峰值功率达到646.4μW。此外，在持续运动72，000个周期后，器件仍保持完整的形貌和输

8、出性能，表明发电机具有很好的稳定性和持久性。同时，我们还证明了通过人体运动驱动发电机可以点亮液晶显示屏，从而证明了纸基发电机在防伪包装方面的应用。5.为了进一步提高