【摘 要】
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振动能量收集器是一种自供电器件,因其能够将环境中的振动机械能直接转换成电能而受到广泛关注。然而,大部分振动能量收集器在低频环境下输出性能较差,这阻碍了振动能量收集器的应用发展。本文针对低频环境,根据石墨烯发电的工作机理,设计了一种基于石墨烯气凝胶的低频振动能量收集器,并分析了其电学性能及其影响因素。然后,通过MXene与CNT材料插层,合成石墨烯复合气凝胶,改善振动能量收集器的输出性能与循环性能。
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振动能量收集器是一种自供电器件,因其能够将环境中的振动机械能直接转换成电能而受到广泛关注。然而,大部分振动能量收集器在低频环境下输出性能较差,这阻碍了振动能量收集器的应用发展。本文针对低频环境,根据石墨烯发电的工作机理,设计了一种基于石墨烯气凝胶的低频振动能量收集器,并分析了其电学性能及其影响因素。然后,通过MXene与CNT材料插层,合成石墨烯复合气凝胶,改善振动能量收集器的输出性能与循环性能。之后,对该器件在海水能量收集领域与人体运动能量收集领域的应用进行了探讨。论文的主要研究内容如下:（1）通过水热还原法与冷冻干燥法制备石墨烯气凝胶,并设计了一种基于石墨烯气凝胶的低频振动能量收集器。其在振动频率为0.2 Hz,振幅为3 mm,0.5 M氯化钠作为电解液的条件下,能产生165.7 m V的输出电压;在负载电阻为200Ω时,输出功率密度为1.56 m W/g。此外,还对振动能量收集器的频率、振幅、电解液等性能影响因素进行了详细分析。（2）为了改善振动能量收集器的输出性能,合成了MXene/石墨烯复合气凝胶,并制备了基于MXene/石墨烯复合气凝胶的低频振动能量收集器。其在振动频率为0.2 Hz,振幅为3 mm,0.5 M氯化钠作为电解液的条件下,能产生227.5 m V的输出电压;在负载电阻为100Ω时,输出功率密度为2.23 m W/g。在分析了MXene对石墨烯气凝胶及其振动能量收集器的性能影响之后,试验了其在海水能量收集中的实际应用,证明了其在海水能量收集中的应用价值。（3）为了同时改善振动能量收集器的输出性能与循环性能,合成了CNT/石墨烯复合气凝胶,并制备了基于CNT/石墨烯复合气凝胶的低频振动能量收集器。其在振动频率为0.2 Hz,振幅为3 mm,0.5 M氯化钠作为电解液的条件下,能产生215.6 m V的输出电压;在负载电阻为150Ω时,输出功率密度为2.12 m W/g。此外,在经过了10000次的循环后,依旧保持了150 m V的输出电压。在分析了CNT对石墨烯气凝胶及其振动能量收集器的性能影响之后,试验了其在收集人体运动能量中的实际应用,证明了其在人体运动能量收集中的潜在价值。
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