溴化丁基橡胶摩擦纳米发电机的制备及应用

作     者：吕潇 

作者单位：中国地质大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：郝向阳

授予年度：2019年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：摩擦发电机 自供电传感器 步态分析 

摘      要：随着人口增长、环境恶化、能源日渐枯竭,能源的可持续利用已经成为全人类共同面对的难题。目前能源利用主要聚集在可再生能源和绿色能源,其实一直以来却忽略了生活中最为常见的一种能量—摩擦。随着纳米技术的不断发展,纳米发电机应运而生,其中摩擦发电机具有应用范围广泛且结构简单的优点。在本文中就以垂直—分离式结构组装摩擦发电机。研究内容主要有以下几点:(1)溴化丁基橡胶的制备溴化丁基橡胶具有诸多的优点,同时与人体有良好的相容性、且具有自杀菌效果,所以选择其作为摩擦材料之一。实验中采用静电纺丝法、涂膜法、压片法分别制备橡胶薄膜。在静电纺丝中选择开炼300次的橡胶溶解成纺丝液进行纺丝,添加的驻极体SiO最佳量为10%;涂膜法中选择橡胶固含量为15%、驻极体SiO为6%;压片法中最佳配比为橡胶100g、硬脂酸1g、石蜡油8g、ZnO 3g、MgO 0.6g、促进剂M 1.5g、单质硫1.5g,以及5%SiO,添加的炭黑为15%(每100g橡胶)。(2)摩擦材料的选择及表面处理通过摩擦序列表以及对人体安全性的考虑,选择另一极摩擦材料为PET和尼龙。制备尼龙膜时选择30%尼龙溶液,为增大摩擦力对材料表面进行粗糙度处理,分别为化学腐蚀法和物理砂纸打磨以及筛网压膜。利用原PET的输出电压为6V,化学腐蚀的输出电压为12V,300目筛网压膜的PET的输出电压可高达40V。300目筛网压膜后尼龙的输出电压可高达90V。(3)自供电式传感器应用于步态分析将制备的摩擦发电机用于自供电式传感器进行人体运动的检测,通过对步态进行分析识别,可以进行身份验证。同时还可以检测不同的状态如走、跑、跳,其步态曲线图也会有巨大的差异。下一步可以与生物医疗相结合,进行疾病的预防以及病人的康复训练。