[毕业论文] 基于液体的微型振动能量收集装置的研究 [复制链接]

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毕业论文-基于液体的微型振动能量收集装置的研究，共87页，30681字

中文摘要

随着当今世界能源需求的不断增加和自然能源储备的急剧减少，能量收集开

始吸引人们的注意。传统形式的电源是通过充电或补充燃料的方法获取能量的，

而能量收集可以从周围环境中的太阳能、电磁辐射能、热力梯度能和振动能中获

取能量，因此这是一种取之不竭的绿色能源，具有很大潜力。

本文利用静电式原理，提出了一种新型基于液体的微型低频振动能量收集装

置，并利用多孔聚四氟乙烯作为驻极体材料和去离子水作为振动结构制作了尺寸

为 15mm×45mm×3mm 的装置原型。该装置的输出特性与理论推导相符，并能够在

26Hz 的低频振动下产生振幅为 4.85nA 的正弦电流。

关键词：能量收集；静电式；液体； 低频振动； 驻极体

ABSTRACT

With the ever increasing demand for consuming energy and the dramatic decrease

of natural energy sources, more attention has been drawn into energy harvesting. Free

from conventional recharging/refueling process for batteries/fuel-based power sources,

energy harvesting allows for extracting

power from ambient sources like

solar

energy, radio-frequency(RF) electromagnetic radiation, thermal gradients and motion,

thus it is a potential inexhaustible and environmentally friendly energy source.

Based on the electrostatic transduction mechanism, this paper proposes a novel

micro-scaled

energy

harvesting

device

for

low-frequency

vibration

using

liquid-encapsulated structure. A prototype with the size of 15mm*45mm*3mm is also

presented using porous PTFE as electrets material and deionized water as vibration

part. The prototype comes in accordance with the theoretical analysis and yields

sinusoidal current with amplitude of 4.85nA under 26Hz low-frequency vibration.

Keywords： energy harvesting; electrostatic; liquid; low-frequency vibration; electrets

目录

第 1 章 引言 ....1

1.1 微型振动能量收集 ....1

1.1.1 能量收集的概念与意义 .1

1.1.2 振动与微型能量收集 .....3

1.1.3 微型环境振动能量收集装置的研究现状 ..4

1.2 本文的主要研究内容 ........10

第 2 章 基于液体的微型振动能量收集装置介绍 11

2.1 基本原理概述 .11

2.2 模型建立与理论推导 ........12

2.3 基于液体的微型振动能量收集装置实现中关键问题 ....17

2.3.1 驻极体材料的选择与制备 .....17

2.3.2 振动液体的选择 .18

2.3.3 器件结构的设计与封装 ........18

第 3 章 驻极体材料的研究 ......19

3.1 PVDF 驻极体材料的研究 ..19

3.1.1 PVDF 材料驻极体膜的制备 ...19

3.1.2 PVDF 材料驻极体膜的驻极 ...22

3.1.3 PVDF 材料驻极体膜性能的评价 ....28

3.2 多孔 PTFE 材料驻极体膜的研究 ........30

3.2.1 多孔 PTFE 驻极体膜的的简介 .......30

3.2.2 多孔 PTFE 驻极体膜的驻极过程控制 .....30

3.2.3 多孔 PTFE 驻极体膜的性能的评价 ........34

第 4 章 基于液体微型器件的实现 ....36

4.1 器件的结构分析 ......36

4.2 器件的组装实现 ......39

4.3 器件的测试 .....42

第 5 章 结论 ..47

5.1 论文工作的主要成果 ........47

5.2 对下一步研究工作的展望 47

插图索引 49

表格索引 52

参考文献 53

致 谢 ......55

声 明 ......56

附录 A 书面翻译 .......57

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