結合石墨烯之混能式(壓電、靜電)穿戴 形變感測器與智慧型玻璃應用

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姓名

李尚謙(Shan-Chien Li) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

結合石墨烯之混能式(壓電、靜電)穿戴形變感測器與智慧型玻璃應用
(A Self-Powered Sensor with a hybridization of transparent and Stretchable graphene-piezoelectric-Triboelectric synergetic structures for applications of Smart Window and human motion detection)

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摘要(中)

本論文利用近場電紡織技術(near-field electrospinning，NFES)，研究壓電奈米纖維，並且製作成奈米發電機(nanogenerator，NG )，主要重點為(1)利用近場電紡織技術大面積排列壓電奈米纖維製造發電機，(2)結合Cu-PTFE靜電發電機(triboelectric generator, TG)，作為高輸出之混能發電機，(3)結合透明石墨烯電極製造全透明之混能發電機。以直寫(Direct -write)方式將壓電高分子材料聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)利用NFES技術與XY精密位移平台將奈微米纖維(nano /micro fibers，NMFs )大面積排列在可撓性基底上製作成壓電奈米發電機，並且進行一系列訊號量測與驗證。為了使發電機更有效率的蒐集機械能，我們結合了靜電發電機成功讓混能式發電機有更高的輸出功率。另外，我們利用石墨烯作為電極，製造出全透明可撓的發電機，較於以往不透明的銅箔電極，全透明式有更好的應用，未來可以利用在智慧型穿戴裝置上做為自供電系統。

摘要(英)

In this thesis, the near-field electrospinning (near-field electrospinning,NFES) technology was used to fabricate piezoelectric nano fibers and making nano-generator (NG). The mainly focused of this research on (1) Using NFES technology fabricated massively piezoelectric nano fibers as NG, (2) Combined Cu-PTFE triboelectric generator (TG) and NG as a hybrid generator, (3) Combined transparent graphene electrode to manufacture transparent hybrid generators. In this research, we demonstrated a polyvinylidene fluoride (PVDF) fibers could function as a suitable choice to act as a human motions sensors. In order to increase the output power, we development a combination of TG and NG as a hybrid device. Furthermore, we used graphene film as piezoelectric generator and triboelectric generator’s electrode to fabricate all transparent hybrid self-power sensor. The device demonstrated highly transparent and well flexible properties and the output voltage/current are measured as 6V/280nA under small mechanical force.

關鍵字(中)

★ 近場電紡織技術
★ 壓電纖維
★ 奈米發電機
★ 靜電發電機
★ 石墨烯
★ 自供電系統

關鍵字(英)

論文目次

目錄
中文摘要(Chinese Abstract) Ⅱ
英文摘要(English Abstract) Ⅲ
致謝 Ⅳ
目錄 V
圖目錄 Ⅶ
第一章　緒論 1
1-1　壓電紡織技術與靜電發電機 1
1-2　透明石墨烯壓電/靜電發電機 2
1-3　論文架構 4
第二章　利用近場電紡織技術大面積排列壓電奈米纖維製造奈米發電機 5
2-1　導論 5
2-2　實驗 5
2-2-1 電紡織溶液 5
2-2-2　電紡織設備架構 6
2-2-3　直寫(direct-write)方式奈米發電機製作 7
2-3 結果與討論 8
第三章　新型混能自供電感應器應用在智慧玻璃和感測人體運動 12
3-1　導論 12
3-2　實驗 12
3-2-1以鍍金PCB機板與奈米纖維製成壓電發電機 12

3-2-2以Cu與PTFE摩擦之靜電發電機 13

3-3結果與討論 13

第四章　結合透明石墨烯電極製造全透明式壓電-靜電發電機 17
4-1導論 17
4-2實驗 17
4-2-1電紡織溶液 17

4-2-2石墨烯製成 18

4-3結果與討論 19
第五章　結論 28
參考文獻 29

參考文獻

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指導教授

傅尹坤

審核日期

2016-7-11

推文