KMS Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences
| 固-固界面摩擦起电的影响因素、机理及应用研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 冯雁歌 | |
| Thesis Advisor | 刘维民 ; 王道爱 |
| 2018-05-22 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 理学博士 |
| Department | 固体润滑国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 固-固摩擦起电 表面结构化 表面化学修饰 电荷存储层 绿色摩擦发电 Solid-Solid triboelectrification Surface structural control Surface chemical modification Triboelectrification theory study Triboelectric generator |
| Abstract | 本论文首先综述了摩擦起电在能源领域的应用研究以及影响摩擦起电的因素，然后针对目前兴起的摩擦发电机技术，利用材料学与表界面科学的原理，通过对多种材料结构和组分的设计，组装了多种摩擦纳米发电器件，并以此作为载体，研究了影响固-固界面摩擦电荷产生的因素以及摩擦起电机理。同时，我们还设计了一种具有电荷储存层的摩擦发电机，深入研究了器件结构和组成对摩擦起电的影响。此外，为了解决传统摩擦纳米发电机摩擦层材料非环境友好的问题，我们还设计了基于树叶粉末的摩擦发电机并对绿色摩擦起电能源系统进行了一系列的探索。本论文的研究内容和主要结论如下： 1.利用模板法制备了基于不同长度聚丙烯（PP）纳米线的摩擦纳米发电机（TENG），并研究了纳米线长度和直径大小对摩擦起电的影响。研究了表面组成对摩擦起电的影响，利用全氟辛基三氯硅烷（PFTS）对聚丙烯纳米线进行表面化学修饰以提高输出，并将其应用于LED灯供电和自供电温度传感器。经PFTS修饰后的摩擦纳米发电机其短路电流和输出电压与无纳米结构的PP以及具有纳米线阵列的PP纳米发电机相比，分别提高了100倍和25倍。 2.利用一种简单的方法成功制备了以纸作为摩擦电极的高输出摩擦发电装置，并通过在纸表面组装聚多巴胺以提高纸基摩擦纳米发电机的输出。同时，设计了基于纸基摩擦发电的自供电防腐系统，在四小时的腐蚀测试中，经纸基TENG组成的阴极防护系统保护有效面积为0.7×0.7cm2的A3碳钢不腐蚀。另外，在防污测试实验中，纸基TENG产生的脉冲电流对杜氏藻和舟形藻在不锈钢表面的粘附也具有非常优异的抑制效果，且脉冲电流对正极和负极具有相同的防污效果。 3.提出了一种基于电荷存储层的新方法以提高摩擦发电机的输出。通过在摩擦层和导电层之间加入一层具有电荷保持能力的过渡层提高摩擦发电机的输出，电荷储存层的厚度，表面粗糙度，摩擦电极性以及电荷保持能力均对摩擦起电产生较大的影响。作为一种优秀的电荷储存层材料，25μm厚的聚酰亚胺薄膜可极大的提高聚偏氟乙烯（PVDF）和尼龙11（NY）组成的摩擦发电机的输出，并可使电容的充电速率提高10倍。此外，聚酰亚胺薄膜也可以很好地改善摩擦发电机持续运转的耐久性。 4.设计了基于新鲜树叶和干树叶材料的绿色摩擦纳米发电机，其具有制备过程简单，使用材料成本低廉，摩擦层材料可自然降解等优点。将树叶做成树叶粉末，并通过多聚左旋赖氨酸来对树叶粉末进行表面修饰，其输出可提高了两倍。基于树叶粉末电极材料的摩擦纳米发电机可以在3Hz的驱动频率下为商用电子表持续供电并可以进行正常的操作。此外，上述绿色摩擦纳米发电机可用于收集风能。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/25281 |
| Collection | 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 冯雁歌. 固-固界面摩擦起电的影响因素、机理及应用研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2018. |
| Files in This Item: | ||||||
| File Name/Size | DocType | Version | Access | License | ||
| 201842冯雁歌.pdf（12617KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | ||
Items in the repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Edit Comment