Wearable supercapacitor self-charged by P(VDF-TrFE) piezoelectric separator

Flexible piezoelectric self-charging supercapacitors(PSCS) are capable of converting random mechanical energy directly into electric energy and providing sustainable power source for various wearable electronic devices.In this work,using PDMS-rGO/C hybrid membrane as the positive and negative electrodes,P(VDF-TrFE) film as the piezoseparator,a flexible and ultralight PSCS was developed to harvest the mechanical energy of human finger curvature and simultaneously store as chemical energy in supercapacitors.The PSCS can be efficiently charged from finger deformation in the presence of polarized P(VDF-TrFE) separator film.When the finger was bended to90°,the fabricated PSCS achieved a potential window of 0.45 V with the discharging time of about 18.0 s,and a stable charging current of 6.4 μA,providing a promising power solution to the next-generation self-powered wearable electronics system.     

书本式分布作动器及可控约束阻尼层结构控制的实验研究

利用压电材料的逆压电效应,研制了一种新型压电作动器———书本式分布作动器,讨论了作动器的附加位置,采用比例反馈进行了主动控制试验,通过试验给出了单位电压的控制效果与书本式分布作动器的压电片层数的关系．研究结果表明,书本式分布作动器是一种能在较低驱动电压下产生较大作动力的作动器,它和约束阻尼层结合构成的可控约束阻尼层主被动一体化控制技术对于薄壁结构振动的抑制效果显著,有着较好的工程应用前景     

Characterization and sensor application of cellulose electro-active paper （EAPap）

As a novel piezoelectric material, the mechanical and piezoelectric properties of cellulose electro-active paper （EAPap） were studied. Young＇s modulus of piezoelectric EAPap was dependant on the material orientation as compared with other EAP materials. The highest Young＇s modulus was obtained at 0° direction, while the highest direct piezoelectric charge constant was achieved at 45°. By measuring the induced output voltage from the thin piezoelectric cellulose film under the applied impact force, we demonstrate that piezoelectric EAPap film has a potential for sensor applications.     

具有压电材料薄板稳定性的有限元法

考虑一均匀各向同性薄板结构,在板面内受面力作用,且在板的上下表面离散分布着压电执行元件。设每块压电片具有相同的材料,且作用相同电压。不考虑压电元件对整体结构刚度的影响;只考虑执行元件对板的逆压电效应,而不考虑板弯曲对执行元件中电场强度的影响。要根据压电材料的逆压电效应,利用三角形三节点单元,用变分原理导出压电结构反平面应力问题位移法的有限元表达式以及在大找度小变形情况下的稳定性有限元特征方程。可利     

共振式压电驱动器分析及实验研究

推导了压电陶瓷等效刚度和驱动力的表达式.考虑胶层及预压弹簧的影响,将压电陶瓷简化为等效驱动力作用下的弹簧,设计了共振式压电驱动器.建立了共振式电驱动器的动力学模型,并进行了共振式压电驱动器原理性实验验证.实验与理论分析结果误差在10％以内,结果表明等效弹簧模型在低频范围内能够较为准确地模拟压电陶瓷的动力学特性.共振式压电驱动器可以显著放大压电陶瓷的位移,克服压电陶瓷输出位移小的缺点,有较为广阔的用途.     

A piezoelectric tracked vehicle with potential application to planetary exploration

A piezoelectric driving method for rover vehicles is proposed in this paper. Employing this method, a tracked vehicle driven by friction forces from a frame mounted with piezoelectric elements was developed. The vehicle is designed with no driver sprocket, no idler-wheel and no supporting bogie wheels, and the vehicle thus requires no lubrication and has potential application in planetary exploration. The frame consists of a pair of piezoelectric transducers. Each transducer comprises four annular parts jointed by beams adhered with piezoelectric ceramics. The tracks are set to the outer surface of the annular parts by means of track tension. Traveling rotating waves are generated by piezoelectric transducers in the annular parts, which generate microscopic elliptical motions at the interface of the tracks. The microscopic elliptical motions from the piezoelectric transducers drive the track vehicle to move. Finite elements analysis was carried out to verify the operation principle using commercial software ANSYS. Piezoelectric transducers were fabricated, assembled and tested to validate the concepts of the proposed rover vehicle and confirm the simulation results. A prototype vehicle with mass of 0.57 kg moves at a speed of 4.3 mm/s at a driving voltage of 250 V and operating frequency of 65.53 kHz.     

2017年瞬态电子技术热点回眸

 瞬态电子器件全部由可降解材料组成,当器件完成指定功能或废弃之后,可在外界的刺激下短时间内部分消失或全部降解。通过先进的加工工艺和功能优异的特种材料,瞬态电子器件的性能可与传统电子器件相媲美,并对传统器件功能形成补充,将应用范围扩展到环保、可降解医疗设备以及电子安全器件等前沿领域。本文从瞬态可降解材料、降解方式、加工工艺、功能瞬态器件等方面介绍2017年瞬态电子技术的主要研究进展,并对瞬态电子领域的未来发展作一展望。     

a-St:H FET特性的研究

本文从理论和实验两方面对a-Si:H FET的特性进行分析研究。给出了一种关于a-Si:H FET新的理论分析方法,假设a-Si:H能隙中深局域态密度和带尾局域态密度均为指数分布,并且考虑到漏源电压对沟道表面势的影响,采用简便的方法和合理的近似推导出了较全面反映a-Si:H FET特性的解析表达式。同时在实验中,研制了用SiO_2或Si_3N_4作为栅绝缘层的a-Si:H FET,测量得到了不同绝缘层和不同沟道长度的各a-Si:H FET的直流特性。当栅压变化20V时,漏源电流可以变化10~4。最后,对理论计算及实验结果进行了分析和比较。     

基于AlN/LiNbO3/diamond叠层结构的声表面波传播特性

金刚石材料具有最高的声速,与压电薄膜相结合可获得高声速的声表面波器件。该文以改进的传输矩阵计算方法系统研究了12种不同边界条件下AlN/LiNbO3/diamond叠层结构的声表面波波速和耦合系数与AlN和LiNbO3厚度的关系。结果表明:AlN/LiNbO3/diamond的一阶声表面波在一定范围内可保持约9km/s的波速而不随LiNbO3和AlN的厚度而变化;其中4种结构的一阶声表面波耦合系数均可达到8%以上,且可在多种厚度组合下获得。结果显示:AlN/LiNbO3/diamond叠层结构兼具AlN/diamond结构的高声速和LiNbO3/diamond结构高耦合系数的特点,而其一阶波模的稳定波速的特点可克服现有AlN/diamond和LiNbO3/diamond结构的波速与膜厚强关联的缺点,在未来的高频率、高速率无线通信系统中具有潜在的应用价值。     

利用AFM在不同加工参数下实现纳米加工

利用扫描探针显微镜(SPM)进行电场诱导氧化加工的方法可应用于半导体微型器件和纳米电子器件的加工制作，文中研究了原子力显微镜(AFM)电场诱导氧化理论以及一些加工参数(偏置电压和加工速度)对加工结构尺寸的影响，并提出了阈值电压的概念，通过实验得出了偏压越大，加工线尺寸越大的结论，并指出随着加工速度的增大，加工线宽和线高都减小，且加工线高度和加工速度近似呈负对数关系，实验是在H钝化的Si表面上进行的。     

压电材料球对称问题的通解

由于压电材料的特殊性，它可以制作成各种压形式的压电振子，压电振子在应用于谐振器滤波器，延迟线，声光器件时，大都是通过逆压电铲应来激发某种振动模式的机械振动。压电中器件可以在各种不同的大小形状及各种各样的载荷和边界条件下工作，对不同的情况应有不同的分析方法。     

基于电磁感应方式的锂离子电池无线充电器的设计与实现

本文设计了一种基于线圈电磁感应原理的无线充电平台,对锂离子电池的无线充电技术进行了实验分析和研究。测量了该平台的PWM驱动信号,能量发送电路,能量接收电路,锂离子电池充电时间和充电电压,测得的实际波形和数据说明该无线充电平台符合设计要求,使无线供电技术在其它便携式电子产品中的应用提供了参考案例。     

无阀微泵压电特性分析及性能测试

提出了一种用于微量试剂分析的压电驱动微泵模型.该微泵模型采用压电阵子驱动、硅基泵体以及聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）封装而成.对压电阵子振动模态进行有限元分析,得出1~4阶模态及驱动频率,使微泵容积效率为最大的应为1阶模态.通过对微泵压电 应力耦合场进行数值分析,得出微泵最佳驱动频率范围应小于1 kHz.最后,采用微系统加工方法制作出微泵模型,并对其性能进行测试.结果表明：电压为100 V(p-p)的正弦波驱动下,频率为60和200 Hz时,微泵流量最大达到34.5 μL/min,而当频率在60~600 Hz时微泵压力最大达到657 Pa,与数值分析结果相吻合.     

非极性纳米线压电电子和压电光电子学效应的研究进展

压电极化和半导体特性之间的耦合因具有独特的物理性质而引起了人们的关注，并由此兴起了一些新的研究领域(如压电电子学和压电光电子学).文章回顾了压电效应和压电光电子学效应对金属/半导体(M/S)和p-n结的影响，详细介绍了c轴和a轴压电电子和压电光电子学研究的基本进展和应用探索. c轴纳米结构中的压电效应是界面效应，它利用在纳米结构的局部M/S接触处或同质/异质结处产生的压电极化来控制载流子跨界面传输，并通过光感应载流子进行相应的光电过程.在非极性a轴纳米线中，外部应变感应的压电电荷沿整个极性表面分布，方向垂直于纳米线.压电半导体的电荷载流子传输过程在整个纳米结构体内受到压电效应的调节.     

单分子的新奇物性及其调控

随着电学器件的尺寸逐渐减小,分子电子学,即将单个分子作为电路的组成元件,逐渐成为一个前沿研究领域.在分子电子学领域中,这种单分子器件不仅为未来电路器件的微型化提供了潜在的解决方案,更是由于其独特的纳米尺度而蕴含着大量新奇的物理性质.本文在简要介绍单分子器件的构筑方法后,详细介绍了单分子器件在电学、磁学和量子方面的部分新奇物性以及相应的调控方式,并对单分子科学在器件制备方法、测试手段和机制研究等方面进行简要的总结与展望.     

9,9’-bianthrancene为发光层的蓝色OLED的研究

报导了蓝色有机电致发光材料9,9'-联二蒽(9,9'-bianthracene,简称BA)作为发光层,研制了结构为ITO/PVK:TPD/BA/Alq3/Al的蓝色有机发光器件.对该器件的发光及电学性能进行了研究.启亮电压约为12 V,在24 V外加电压下亮度达到最大值2 433 cd/m2.     

Microfibre-nanowire hybrid structure for energy scavenging

A self-powering nanosystem that harvests its operating energy from the environment is an attractive proposition for sensing, personal electronics and defence technologies. This is in principle feasible for nanodevices owing to their extremely low power consumption. Solar, thermal and mechanical (wind, friction, body movement) energies are common and may be scavenged from the environment, but the type of energy source to be chosen has to be decided on the basis of specific applications. Military sensing/surveillance node placement, for example, may involve difficult-to-reach locations, may need to be hidden, and may be in environments that are dusty, rainy, dark and/or in deep forest. In a moving vehicle or aeroplane, harvesting energy from a rotating tyre or wind blowing on the body is a possible choice to power wireless devices implanted in the surface of the vehicle. Nanowire nanogenerators built on hard substrates were demonstrated for harvesting local mechanical energy produced by high-frequency ultrasonic waves. To harvest the energy from vibration or disturbance originating from footsteps, heartbeats, ambient noise and air flow, it is important to explore innovative technologies that work at low frequencies (such as <10 Hz) and that are based on flexible soft materials. Here we present a simple, low-cost approach that converts low-frequency vibration/friction energy into electricity using piezoelectric zinc oxide nanowires grown radially around textile fibres. By entangling two fibres and brushing the nanowires rooted on them with respect to each other, mechanical energy is converted into electricity owing to a coupled piezoelectric-semiconductor process. This work establishes a methodology for scavenging light-wind energy and body-movement energy using fabrics.     

印刷电子发展回顾与展望

 印刷电子技术作为一个新兴电子技术正在受到越来越广泛的关注。通过印刷方法制造的信息电子与光电子器件和系统具有大面积、柔性化、个性化、低成本、绿色环保等一系列优点。尽管印刷加工本身没有传统微纳米加工的高分辨率与高集成度,但上述优点足以使印刷电子在许多新应用领域发挥作用。本文对印刷电子定义、起源、发展历程及产业与技术现状进行了全面介绍,分析了印刷电子面临的挑战,并对印刷电子未来发展前景做了展望。     

柔性共面超级电容器电极印制及性能

 柔性全固态超级电容器作为便携式、可穿戴电子的储备电源备受青睐。利用印刷电子大面积、柔性化的独特优势可大大简化柔性电极的制作工艺,以活性炭为活性材料配制油墨,并结合导电银浆,采用丝网印刷方式套印制作了柔性超级电容器电极,并将PVA-H₂SO₄凝胶作为电解质涂覆在活性电极上组装成柔性共面超级电容器,测试其电化学性能。结果表明,丝印柔性超级电容器电极可成功应用于柔性共面超级电容器。当采用PVA-H₂SO₄凝胶作为电解质时工作电压可达0.8 V。当充放电电流为0.2 mA时,柔性共面超级电容器的面积比电容达到18 mF·cm^-2。     

摩擦发电机在微弱能量收集中的应用

新型的摩擦发电机是基于摩擦起电效应和静电感应相互耦合的能量转换设备,是一种可持续的、稳定的、绿色的能源供给方式。当摩擦发电机应用于各种微弱环境能量的收集时,其器件结构需要精心地设计,以满足灵敏度和效率的要求。概述了多种适用于微弱能量条件的摩擦发电机设计,分析了其工作原理与应用场景,展望了该技术未来在人体健康监测与医疗设备的发展、可持续电子系统的建立以及安全预警设备的完善等方面应用的前景。