【摘 要】
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低频机械能的收集技术是国内外学者的重要研究方向之一,尤其近年来大量低功耗小型电子设备在人们的生活中扮演着重要的角色,它们分布范围广且数量庞大。在人们的日常生活中会源源不断的产生低频机械能量,通过摩擦纳米发电机将低频机械能进行收集并转化为电能,为这些电子器件的自供电提供了新的探索道路。本文通过对品质因数的理论分析,设计了一种基于提升低频输出的按压式摩擦纳米发电机,利用杠杆原理在低输入力下对发电部位进
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低频机械能的收集技术是国内外学者的重要研究方向之一,尤其近年来大量低功耗小型电子设备在人们的生活中扮演着重要的角色,它们分布范围广且数量庞大。在人们的日常生活中会源源不断的产生低频机械能量,通过摩擦纳米发电机将低频机械能进行收集并转化为电能,为这些电子器件的自供电提供了新的探索道路。本文通过对品质因数的理论分析,设计了一种基于提升低频输出的按压式摩擦纳米发电机,利用杠杆原理在低输入力下对发电部位进行有效激励,对按压结构进行一次按压后可产生高频往复振动,将低频激励力实现放大和升频。搭建了栅控恒压电晕充电装置对负极性薄膜进行电晕充电,增大其表面电荷密度。对正极性摩擦材料进行固体力学仿真,结果表明两者若要进行有效接触,两摩擦材料的间距需小于0.2 mm时。在1 N力的激励下,TENG的短路电流峰峰值可以达到近500μA,电流输出大于未优化TENG的3倍输出。电压输出峰峰值近500 V,材料优化后测量了其在低输入力下的最大输出功率可以达到1.328 m W。此外,本文提出了一种具有多层结构的按压式摩擦纳米发电机,通过增加摩擦纳米发电机的发电单元的个数在宏观上增大摩擦面积,提高TENG的结构品质因数,将刚性正极性摩擦材料巧妙的设计成了平面弹簧结构,在一次激励过程中,多层发电元件同时工作,实验表明在31 Hz,5 V的振动台上,测量其最佳阻值在14 MΩ时,TENG的最大输出功率可以达到457.14μW,将多个发电元件整流后并联可同时点亮640个LED灯。
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