全纖維式可撓、透明壓電獵能器及自供電式穿戴形變感測器

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何熙鈞(Hsi-Chun Ho) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

全纖維式可撓、透明壓電獵能器及自供電式穿戴形變感測器
(All-fiber based highly flexible optically transparent piezoelectric harvester for self-powered wearable deformation sensor.)

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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，製作成壓電獵能器及形變感測器，主要重點為(1)製作奈米發電機(nanogenerator，NG)/形變感測器，並研究不同電極密度對輸出之影響，(2)利用乾式轉印技術將Au-coated纖維轉印至聚二甲基矽氧烷 (polydimethylsiloxane，PDMS)上，完成具可撓且透明的電極，(3)將透明電極結合近場電紡織技術，開發出全纖維式可撓、透明壓電獵能器。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技術將微/奈米纖維(micro/nanofibers，MNFs)大面積排列在可撓性基底上製作成奈米發電機，並且進行一系列訊號量測與驗證。我們將奈米發電機/形變感測器固定於人體關節(手指、腳踝)上運用關節移動來產生訊號，且可區分不同動作之訊號。最後作出全纖維式可撓、透明壓電獵能器，將其同方向捲成圓柱狀獵能器，研究圓柱狀直徑對協同增強效應之影響。

摘要(英)

This thesis mainly research on fabrication of nanogenerator (NG), piezoelectric technology and application in electrospinning. The focus of the study is (1) A flexible, self-powered deformation sensor based on NG (2) Pattern transfer of aligned Au-coated nano wires as flexible transparent electrode using electrospun nanofibers template, (3) All-fiber transparent piezoelectric harvester with a cooperatively enhanced structure. We demonstrate a direct-write, in-situ poled polyvinylidene fluoride (PVDF) micro/nanofibers (MNFs) arrays that could functions as a self-powered active deformation sensor. The device could easily detect, and also discriminate, various human motions related to the extension and flexion of the ankle. Furthermore, we demonstrated a highly-flexible all-fiber based transparent piezoelectric harvester (ATPH). Cooperatively enhanced effect was also demonstrated in ATPHs performance improvement by rolling the device to a cylindrical shape.

關鍵字(中)

★ 近場電紡織技術
★ 奈米發電機
★ 聚偏氟乙烯纖維
★ 自供電式形變感測器
★ 全纖維式可撓且透明壓電獵能器

關鍵字(英)

★ Near-field electrospinning (NFES)
★ Nanogenerator (NG)
★ Polyvinylidene fluoride (PVDF)
★ Self-powered deformation sensor
★ All-fiber based transparent piezoelectric harvester (ATPH)

論文目次

摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
第一章緒論 1
1-1電紡織技術 1
1-2奈米發電機 2
1-3 論文架構 5
第二章自供電式穿戴形變感測器 6
2-1導論 6
2-2實驗 6
2-2-1 電紡織溶液 6
2-2-2 電紡織設備架構 7
2-2-3 直寫方式奈米發電機/形變感測器製作 8
2-3結果與討論 9
第三章可排列Au-coated纖維乾式轉印成可撓性與高透光性之全纖維式透明電極 18
3-1 導論 18
3-2 實驗 19
3-2-1 實驗樣品 19
3-2-2 濺鍍條件 19
3-3結果與討論 19
第四章全纖維式可撓、透明壓電獵能器 28
4-1導論 28
4-2實驗 28
4-2-1 電紡織溶液 28
4-2-2 透明電極基板 29
4-3結果與討論 29
第五章結論 43
參考文獻 44
實驗儀器 49

參考文獻

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指導教授

傅尹坤(Yiin-Kuen Fuh)

審核日期

2015-7-7

推文