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基于多孔结构的微纳能源采集技术研究

基于多孔结构的微纳能源采集技术研究

作者：尹寒电子科技大学

学位级别：硕士

随着物联网技术的快速发展,由传感器、驱动器所串联成的庞大网络已经集成到城市里的每一处角落,这些设备为生理健康检测、可穿戴电子设备或是人工智能提供了技术支持。驱动这些设备所需要的功率并不高,但是由于其数量庞大,需要有能够保... 详细信息

随着物联网技术的快速发展,由传感器、驱动器所串联成的庞大网络已经集成到城市里的每一处角落,这些设备为生理健康检测、可穿戴电子设备或是人工智能提供了技术支持。驱动这些设备所需要的功率并不高,但是由于其数量庞大,需要有能够保证移动性、可持续性的供电设备作为基础。目前许多微型电子设备都是通过电池进行能源供给,然而电池需要经常替换或是充电的缺点,以及在报废后造成的环境危害使得微纳能源采集成为了相关领域的研究热点。作为微纳能源采集领域中的一种关键性技术,纳米发电机可以将由小规模的物理变化而产生的振动、热量或声波等等能源转换为电能,压电、摩擦电或热释电纳米发电机都是其典型应用。多孔结构,或者说是海绵结构,作为一种实现纳米发电机的功能结构拥有大量优点,例如提高能量产生效率、高度的延展性以及易于投入生命科学方面的应用。根据上述背景情况,本文主要对基于多孔结构的压电纳米发电机的制备与测量进行探究。本文的主要工作归纳以下几点:1、本文首先讨论了聚合物多孔结构的实现方式,并分析其各自的优缺点以及适用环境。然后对能够实现压电性能的材料分类进行介绍。随后以BaTiO3纳米颗粒和MW-CNT作为功能材料,PDMS作为基体材料,白砂糖颗粒作为牺牲模板的直接模板法制备一种多孔结构的聚合物/纳米复合材料,并通过扫描电子显微镜观察了其微观结构。2、本文分别讨论压电效应的原理、极化过程的电畴转变,以及压电纳米发电机的工作原理,分析极化过程中极化电场、温度以及时间对压电性能的影响,随后对三种常用极化工艺进行研究分析。随后选择并优化了一种极化工艺,通过这种工艺制备了具有微纳能源收集能力的压电纳米发电机,并总结了极化过程中的影响因素,统计结果表明对于厚度为1 mm的多孔结构复合材料,最佳的极化电压为12 KV/mm,极化温度为90℃,极化时间为40 min。最终对制得的压电纳米发电机进行了电信号输出、正反接测试、材料特性测试以及输出能力测试等多项测试,充分验证了这一纳米发电机的压电输出性能。3、本文以制备时采用的工艺因素以及测试时的测试条件两个部分为出发点,分别对压电纳米发电机在不同因素影响下的输出测量结果进行了探究。首先研究了材料厚度、BaTiO纳米颗粒掺杂浓度以及MW-CNT的掺杂带来的性能变化,研究表明厚度为2 mm,BaTiO浓度为5 wt%,有MW-CNT掺杂时纳米发电机能达到最高能源收集效率。随后探究了振动频率、振动压力以及测试设备的表征误差对纳米发电机测试结果的影响,结果表明振动频率并不是影响纳米发电机输出的根本因素,振动压力与电压输出呈现出线性相关性,以及不同测试设备会导致纳米发电机的性能测试结果产生误差。

关键词：能源采集纳米发电机多孔结构压电效应

安普智能布线系统为大型建筑的能源采集和高效利用提供创新的解决方案——丰田汽车美国销售公司办公大楼布线系统介绍

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计算机网络世界 2004年第1期13卷 47-49,39页

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冶金系统能源采集方案

科技创新与应用 2020年第33期10卷 110-112页

作者：卫宏山信软件股份有限公司山东济南250101

针对冶金系统能源中心设计建设,根据企业的一般情况,提出了常规的解决方案。设计了包括水、电、风、汽的数据几种通用的采集方案。

关键词：能源采集集散发布站冶金系统

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轨道交通绿色能源采集及应用技术研究综述

低温建筑技术 2020年第9期42卷 5-9,13页

作者：苏鑫杰蒋吉清魏纲浙江大学建筑工程学院杭州310058 浙大城市学院土木工程系杭州310015

城市和城际轨道交通在运营期间会消耗大量能源,但其运营环境中同样有许多富余能量可以采集并加以利用。目前国内外学者对轨道交通系统中的太阳能、热能、风能和振动能采集技术开展了不少研究,主要研究对象为新型发电机或发电元件,研究... 详细信息

城市和城际轨道交通在运营期间会消耗大量能源,但其运营环境中同样有许多富余能量可以采集并加以利用。目前国内外学者对轨道交通系统中的太阳能、热能、风能和振动能采集技术开展了不少研究,主要研究对象为新型发电机或发电元件,研究方法包括仿真模拟、理论分析、现场或室内试验等。文中基于不同能源类型,对国内外轨道交通绿色能源采集及应用技术研究进行了综述。在调研分析的基础上总结出现有研究及其方法的局限性,并提出对未来研究的展望。

关键词：轨道交通绿色能源环境富余能量能源采集

基于5G通信架构的新能源远程集控应急通信方法设计

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信息与电脑 2024年第5期36卷 172-174页

作者：曹磊张瑞韩俊伟闫亮亮卢向军国华(河北)新能源有限公司河北尚义076750

常规的新能源远程集控应急通信节点覆盖区域小,为此提出基于5G通信架构的新能源远程集控应急通信方法设计。先明确能源远程集控通信指标,扩大通信覆盖区域,设定多层级通信节点及数据采集,然后构建5G通信架构能源远程集控应急通信模型,... 详细信息

常规的新能源远程集控应急通信节点覆盖区域小,为此提出基于5G通信架构的新能源远程集控应急通信方法设计。先明确能源远程集控通信指标,扩大通信覆盖区域,设定多层级通信节点及数据采集,然后构建5G通信架构能源远程集控应急通信模型,采用自适应辅助调度实现应急通信处理。测试结果表明:最终得出的应急通信通信时延被较好地控制在0.15 s以下,说明在5G通信架构的辅助与支持下,所设计的应急通信方法更为高效。

关键词： 5G通信架构远程集控应急通信通信方法能源采集

碳酸氢钠对柔性摩擦纳米发电机输出性能的影响

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微纳电子技术 2022年第5期59卷 424-431页

作者：陈亮石树正耿明超何剑中北大学仪器与电子学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051 河北建筑工程学院机械工程学院河北张家口075000

作为一种新型能源采集方式,柔性摩擦纳米发电机(TENG)可利用摩擦起电效应和静电感应将人体运动的机械能转化为电能。为了有效提升柔性TENG的输出性能,选用常见食品添加剂碳酸氢钠作为柔性硅橡胶薄膜掺杂材料,系统研究了其掺杂质量分数... 详细信息

作为一种新型能源采集方式,柔性摩擦纳米发电机(TENG)可利用摩擦起电效应和静电感应将人体运动的机械能转化为电能。为了有效提升柔性TENG的输出性能,选用常见食品添加剂碳酸氢钠作为柔性硅橡胶薄膜掺杂材料,系统研究了其掺杂质量分数对硅橡胶基TENG输出性能的影响。实验结果表明,当掺杂质量分数为15%时,TENG的输出开路电压、输出短路电流和输出功率分别为610 V、18μA和31 mW,有效提升了TENG的输出性能,并成功实现了为电子手表供电。这种TENG性能提升方法具有工艺简单、成本低廉的优势,可进一步扩展TENG在可穿戴领域的应用潜力。

关键词：摩擦纳米发电机(TENG) 硅橡胶柔性材料能源采集碳酸氢钠

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基于能源协作的新一代无线通信网络优化研究

基于能源协作的新一代无线通信网络优化研究

作者：蒋阅广东工业大学

学位级别：硕士

随着大数据时代的到来,人们在物质和精神方面的获得感和幸福感要求提高,对通信领域的各项服务需求呈现多样化。大量的智能设备、智能产业以及智能服务不断涌现并接入通信网络,造成移动通信网络能源需求进一步扩大并面临严峻挑战,宝贵的... 详细信息

随着大数据时代的到来,人们在物质和精神方面的获得感和幸福感要求提高,对通信领域的各项服务需求呈现多样化。大量的智能设备、智能产业以及智能服务不断涌现并接入通信网络,造成移动通信网络能源需求进一步扩大并面临严峻挑战,宝贵的低频资源严重拥挤,高频资源开发难度大,频谱缺口日益彰显。为了有效解决频谱缺口和蜂窝网络能源的过度损耗,本文基于能源协作提出一种新的无线通信网络模型以改善原有网络能源使用效率和频谱利用率。在蜂窝网络中,利用基站休眠技术将闲置懒散基站或低效率基站开关关闭,减小网络因自身电路处理损耗等因素产生的能源成本。运用能源采集将自然界中的风能和太阳能等清洁能源转化可供基站系统消耗使用的电能存储在存储电池里。由于不同地理环境的自然资源分配不均匀,基站采集器从自然界中采集能源的速率不同,不同工作状态的基站能源消耗速率也不尽相同,当基站能源采集器采集能源的速率长时间大于基站能源的消耗速率时,容易导致能源溢出而浪费,而高负载基站因能源不足需从传统电网购买能源,增加通信运营成本。为降低能源分配不均衡,基站之间通过相互协作将各自系统电池中过剩的能源传递给其他高负载高载荷基站使用,提高清洁能源利用率,减小传统能源供销商生产能源产生二氧化碳等气体排放量。为了保证休眠小区的用户服务质量,提升视距用户通信体验速率,将蜂窝网络与D2D通信有效结合。利用频谱感知技术为D2D用户挖掘出蜂窝小区中的频谱空洞,从频谱空洞中寻找并复用最有利用于D2D用户通信的蜂窝子载波建立D2D通信链路,D2D通信结束后才释放蜂窝频谱资源。D2D通信彻底改变了以往设备与设备之间通信必须经过基站系统或中继网络中转的传输方式,D2D通信比蜂窝通信节约一半的频谱资源,大大提高蜂窝网络频谱效率,增加通信系统的吞吐量,强化通信网络的安全性和保密性。

关键词：能源协作基站休眠能源采集 D2D通信频谱感知

基于基站休眠技术的无线通信网络能源协作策略

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广东工业大学学报 2018年第2期35卷 69-74页

作者：蒋阅刘海林王强广东工业大学信息工程学院广东广州510006 广东工业大学应用数学学院广东广州510520 广东工业大学自动化学院广东广州510006

有效提高无线通信网络能源效率,降低能源成本,提升通信服务质量,一直是通信领域重要的研究课题.本文利用基站休眠技术关闭低负载状态或处于空闲状态的基站,联合能源采集技术采集清洁能源供基站和其他系统使用,通过系统能源协作降低能源... 详细信息

有效提高无线通信网络能源效率,降低能源成本,提升通信服务质量,一直是通信领域重要的研究课题.本文利用基站休眠技术关闭低负载状态或处于空闲状态的基站,联合能源采集技术采集清洁能源供基站和其他系统使用,通过系统能源协作降低能源的浪费,该协作模型是一个约束优化问题,使用一种动态权重约束优化处理算法对模型进行求解分析.实验表明,本文提出的系统模型能有效降低网络能耗,提高通信速率.

关键词：能源协作基站休眠能源采集

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新型绿色能源传感器功率能量平衡分析与应用

硅谷 2014年第18期 18-19页

作者：刘潇潇贵州师范大学

基于绿色能量自采集的新型传感器,具有无源无线智能独特优点。基于环境绿色能量收集原则,对新型传感器模块各部分功能进行分析,估算该新型感器模块平均电流。由能量存储超级电容器特性,对传感器维持能量平衡过程进行了分析。就新型免电... 详细信息

基于绿色能量自采集的新型传感器,具有无源无线智能独特优点。基于环境绿色能量收集原则,对新型传感器模块各部分功能进行分析,估算该新型感器模块平均电流。由能量存储超级电容器特性,对传感器维持能量平衡过程进行了分析。就新型免电池无源无线智能传感器模块,应用于现代楼宇照明控制系统中拓扑结构进行了讨论。

关键词：能源采集传感器节能