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随着柔性可穿戴电子设备的快速发展和物联网信息技术的不断进步,柔性、环保、可再生能源的研发迅速成为研究热点。我们日常生活环境周围及人体本身富含大量随机振动的机械能,因此研究汲取该机械能并高效转换为电能的机电能量转换技术,进而设计出自供能压力传感器以面向可穿戴、智能化电子系统具有重要的现实意义。本论文围绕驻极体发电机的机电能量转换技术在如何提高输出功率、拓展驻极体材料的新应用和开发高性能自供能压力传感器等问题展开了系统的研究,主要研究内容和成果概述如下: (1)采用热压法制备了三明治型氟聚合物复合驻极体薄膜,通过两端致密型的氟化乙丙烯共聚物薄膜将中间层纤维型多孔聚四氟乙烯薄膜的开放性孔洞封闭,阻碍在电晕极化过程中电荷沿纤维的快速衰减,同时可将大量经极化产生的电荷储存在两种薄膜的界面之间,有效的提高了复合膜的表面电荷密度和内部电荷储存的稳定性,进而为提高驻极体发电机的输出功率提供了一种可行的方法。利用帕申击穿定律、高斯定律和基尔霍夫第二定律进行理论分析,揭示出复合膜表面电荷密度提高的物理本质,并对相同厚度的致密膜、多孔膜和复合膜的表面电荷密度进行对比实验,验证了理论分析的正确性。基于该薄膜制备了柔性驻极体发电机,并对其输出性能进行系统的研究;由于大量电荷存储在内部薄膜界面之间,器件可在高湿度输出性能保持稳定。此外,基于该薄膜实现了自供能呼吸频率传感器,可实现对人体运动前后状态呼吸频率的监测,拓展了驻极体发电机在柔性可穿戴电子器件领域的应用。 (2)设计了一种利用绿色环保的可降解材料制备的驻极体发电机。该发电机的核心部件为透明驻极体聚乳酸,衬底为柔性纳米纤维透明纸,电极为透明导电聚合物PEDOT:PSS。所用材料均可取之于自然,并在废弃处理时可直接埋入土壤回归自然,减少电子垃圾的产生;同时,该器件还具备较好的柔性和机械韧性,且在可见光波段的透过率达81%。该器件可为纸基电子产品供电,展示了其在透明智能包装领域的潜在应用;通过该器件掩埋在土壤中自然降解的整个实验过程,显示出驻极体发电机在可降解电子产品中的应用前景。 (3)利用三步热压法制备了孔洞结构氟聚合物复合膜的压电驻极体。通过在内部构建微米量级的孔洞结构,结合含氟聚合物驻极体优异的电荷俘获能力,实现了基于该压电驻极体的自供能压力传感器。该器件在<1kPa压强范围内具有超高的灵敏度(7380pC/N)、快速的响应时间(50ms)、较低的检测极限(<5Pa)、优异的均匀性和工作稳定性(在30000次循环周期内器件性能无明显衰减)。将该压力传感器贴合于人体皮肤,实现了对诸如手腕弯曲、面部肌肉拉伸等人体生理活动信号的检测,并可对腕部桡动脉脉搏信号进行实时监测,显示出该压电驻极体压力传感器在自供能柔性可穿戴智能医疗系统的广阔应用前景。