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盐湖研究 2023年第4期31卷 117-126页

作者：祝绳龙张生娣宋文淇孙艳霞曾金波李翔任秀峰海春喜申月中国科学院青海盐湖研究所盐湖资源综合高效利用重点实验室青海西宁810008 青海省盐湖资源化学重点实验室青海西宁810008 中国科学院大学北京100049

盐湖资源开发利用过程的智能控制对于智慧盐湖、世界级盐湖基地的的建设具有重要意义。利用集成的摩擦纳米发电机网络阵列,不仅可以对野外盐湖区的机械能采集实现金属管道的自供电腐蚀防护,还可实现基于自供能传感器的水流流速检测、水... 详细信息

盐湖资源开发利用过程的智能控制对于智慧盐湖、世界级盐湖基地的的建设具有重要意义。利用集成的摩擦纳米发电机网络阵列,不仅可以对野外盐湖区的机械能采集实现金属管道的自供电腐蚀防护,还可实现基于自供能传感器的水流流速检测、水位监测、盐溶液快速现场检测、溶液的pH检测等。因此,基于摩擦起电效应的自供电传感网络是实现盐湖化工过程智能控制的潜在解决方案。为了促进摩擦纳米发电机的应用,提高摩擦纳米发电机的输出功率一直是科研人员关注的热点。文章在概述了通过表面改性对材料摩擦起电效应强化的研究进展后,进一步分析了改性后的摩擦纳米发电机输出性能提升的原因。主要介绍了物理表面改性和化学表面改性方法。对改性过程中常见的处理操作方法进行了阐述。对物理改性和化学改性的优势和不足进行了总结。分析指出,新的摩擦材料的选择与设计、材料的表面改性仍会是未来一段时间内的研究热点,而性能优异的摩擦纳米发电机可以为盐湖产业的可持续发展提供一种新的方案。

关键词：摩擦起电效应摩擦纳米发电机表面改性

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基于摩擦起电效应的可穿戴柔性脉搏传感器系统研究

基于摩擦起电效应的可穿戴柔性脉搏传感器系统研究

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作者：郭礼康杭州电子科技大学

学位级别：硕士

高血压是全球最普遍的疾病之一,每年导致数百万人死亡,是引发心血管疾病的主要危险因素,由于其没有明显的早期症状,因此被形象的称为“沉默杀手”。随着物联网技术的发展,传感器被广泛应用于人体医疗健康领域,尤其是可穿戴柔性脉搏传感... 详细信息

高血压是全球最普遍的疾病之一,每年导致数百万人死亡,是引发心血管疾病的主要危险因素,由于其没有明显的早期症状,因此被形象的称为“沉默杀手”。随着物联网技术的发展,传感器被广泛应用于人体医疗健康领域,尤其是可穿戴柔性脉搏传感器,能实时监测人体心率、血压等生命特征,实现对心血管疾病的早期发现和诊断,可以有效降低心血管疾病致死率,因此备受科研人员关注。目前,已报道了大量聚焦于材料选择、制备工艺的柔性脉搏传感器,大大提高了脉搏检测的精度。然而现有的柔性脉搏传感器系统依旧存在便携性差、检测参数少、智能化不足等缺陷。因此,开发一款实时检测脉搏多参数的低成本智能柔性脉搏传感器系统对居家健康监测和远程辅助医疗诊断至关重要。本论文的主要研究内容如下:(1)制备基于摩擦起电效应的柔性脉搏传感器。通过ICP刻蚀改变PTFE表面形貌提高传感器输出性能,在低于1.2 k Pa的压力范围内,传感器的压力灵敏度为12.95 m V/Pa,经过10800次压力加载-卸载之后,传感器输出无明显变化。传感器能精准识别出人体脉搏波的特征点,被密封的传感器甚至能在水下正常检测脉搏,具备复杂环境下工作的能力。通过两路脉搏信号提取脉搏波传导时间,构建脉搏波传导时间-血压模型,实现对血压的实时监测。(2)制备脉搏传感器的柔性测试电路,并开发智能人机交互系统。基于柔性脉搏传感器,设计并制备了柔性电路用于脉搏信号处理和无线数据传输。编写上位机和基于Android的手机应用程序(Application,App)两个人机交互系统,App实时显示脉搏波形,并从脉搏波中提取心率、增强系数、脉搏波传导时间、脉搏波传导速度和血压等多个心血管健康相关参数。(3)应用演示柔性脉搏传感器及其复杂环境下性能稳定性测试。与商用欧姆龙电子血压计对比,柔性脉搏传感器系统血压检测误差小于3 mm Hg,且多次的血压检测结果均符合美国医疗仪器促进协会的标准。柔性脉搏传感器系统可在水下正常工作,具备抗冲击和温度耐受性的特点。此外,系统具备参数异常报警、远程数据云传输和紧急报警等显著优势,为远程辅助智慧医疗提供了良好的思路。

关键词：可穿戴脉搏传感器柔性测试电路可穿戴智能监测系统脉搏多参数分析摩擦起电效应

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基于纳米材料与纳米结构的纳米电源研究进展

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无机材料学报 2014年第9期29卷 897-904页

作者：潘春旭李伟平张豫鹏余超智黎德龙武汉大学物理科学与技术学院人工微结构教育部重点实验室武汉430072

随着现代社会的发展和能源危机的来临,探索和寻找新的能源材料,开发新能源是人类的永恒课题。自2006年基于ZnO纳米线压电效应的压电式纳米电源问世以来,又研制出多种基于纳米材料和纳米结构,以及不同纳米效应的新型纳米电源。本文综述了... 详细信息

随着现代社会的发展和能源危机的来临,探索和寻找新的能源材料,开发新能源是人类的永恒课题。自2006年基于ZnO纳米线压电效应的压电式纳米电源问世以来,又研制出多种基于纳米材料和纳米结构,以及不同纳米效应的新型纳米电源。本文综述了近10年来,人们在纳米电源领域的研究成果;系统介绍了基于压电效应、摩擦效应以及石墨烯能带调控纳米电源的原理和特点,为今后新型纳米电源的开发提供思路和参考。

关键词：纳米电源压电效应摩擦起电效应石墨烯

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纳米发电机作为可持续性电源与有源传感器的商业化应用

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中国科学：化学 2013年第6期43卷 759-762页

作者：王中林佐治亚理工学院材料科学与工程系中国科学院北京纳米能源与系统研究所北京100083

纳米发电机属国际首创,拥有自主知识产权,将带来新能源领域划时代的突破,为中国科技创新发展提供技术引领和科技支撑.本文简述了其作为可持续电源与有源传感器的应用前景.

关键词：纳米发电机压电效应摩擦起电效应有源传感器

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独立层式转动结构摩擦纳米发电机设计及其应用

独立层式转动结构摩擦纳米发电机设计及其应用

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作者：顾伟光江苏大学

学位级别：硕士

能源是国家发展的命脉,对于能源的挖掘与利用是推动社会进步的关键动力,而摩擦起电现象普遍存在于我们的日常生活中,如果能充分收集摩擦起电产生的能量,对于新能源的发展将是有益的补充,基于摩擦起电和静电感应耦合原理的摩擦纳米发电机... 详细信息

能源是国家发展的命脉,对于能源的挖掘与利用是推动社会进步的关键动力,而摩擦起电现象普遍存在于我们的日常生活中,如果能充分收集摩擦起电产生的能量,对于新能源的发展将是有益的补充,基于摩擦起电和静电感应耦合原理的摩擦纳米发电机(TENGs)作为一种能量转换装置,具有选材范围广、制备成本低、可以收集低频能量等优点。同时,随着信息时代的到来,自动化生产和机器人技术进一步发展,对于传感器的需求不断增长,发展自供能传感器将有效节约能源,降低供能成本。本文基于以上现状,提出并研究了一种独立层式转动结构摩擦纳米发电机(FR-TENG),在此基础上,还设计制备了一种自供能滑觉传感器,主要内容及创新性成果如下:(1)以硅橡胶(Ecoflex00-30)和铝作为介电层材料,设计并制备了一种独立层式转动结构摩擦纳米发电机(FR-TENG),建立理论模型,使用COMSOL Multiphsics软件模拟了FR-TENG运转过程中的电势分布情况,分析了其工作原理,FR-TENG在运转过程中,介电层间持续发生的接触和分离,从而产生周期性的交流电,相较于以往的独立层式摩擦纳米发电机,基于带-轮结构的FR-TENG可以收集转动和滑动两种形式的机械能,应用场景更为广泛。(2)分别测试了FR-TENG在持续放电模式和瞬间放电模式下的电输出性能。当FR-TENG处于持续放电模式时,转速300 rpm条件下,输出电压和输出电流峰值约为232 V和5.2μA,并且其输出电压和输出电流随转速增加而增加,当两端的电阻阻值为50 MΩ左右时,FR-TENG的输出功率达最大值,约为0.328 m W;FR-TENG在运转过程中硅胶会脱落并黏附在电极表面造成一定的失效面积,其输出性能会随铝电极的失效面积增加而降低,当失效面积达到30%时,输出电压和电流分别下降至180 V和2.6μA;在FR-TENG介电层表面制备微织构可以提升其输出性能,基于400目和1200目砂纸制备的硅橡胶表面微织构可以使得FR-TENG的输出电压峰值达到256 V和288 V,输出电流峰值达到6.4μA和6.8μA;当FR-TENG处于瞬间放电模式时,输出电压达到1260 V,远大于持续放电模式,且输出电压的峰值大小几乎不随转速变化。(3)基于FR-TENG的结构和原理设计了一种自供能滑觉传感器,分析了其检测物体滑动速度和距离的可行性,当被测物体在传感器表面滑动时,传感器的输出电压峰值与被测物体滑动速度呈近似线性关系(R=0.998),灵敏度为15.59 m V/mm/s,而被测物体的滑动距离则可以根据输出电压信号的脉冲数量得到。同时,由于传感器在加载和卸载被测物体时会产生电压信号,还分析了被测物体加载和卸载时产生的信号对于滑觉检测的影响,此外,提出了一种非接触模式,进一步简化了传感器的结构。

关键词：摩擦起电效应摩擦纳米发电机自供能传感器滑动检测

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