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基于有机小分子掺杂半导体织物在直流发电中的应用研究
吕天梅1
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摘要
对于摩擦起电现象的认知，已有 2600多年历史。然而，摩擦起电过程中电荷转移机制一直众说纷纭，尤其对于半导体之间以及半导体/金属之间的摩擦起电现象仍研究较少。相较于金属和绝缘体材料，半导体材料有着丰富的能带结构以及表面特性，其能带理论和表面态理论的研究有着丰硕的成果。因此，研究半导体之间以及半导体/金属之间的摩擦起电现象对基于摩擦伏特效应的直流发电（DC）在广泛应用中具有着重要的帮助。 摩擦伏特效应是指在N型半导体上滑动P型半导体而产生的直流电输出，它是由P-N结上产生的电子-空穴对引起的，因为在界面上形成原子键时发出的能量激发了它。然而，传统半导体的刚性结构限制了其在可穿戴领域的潜在应用。在这里，通过制备了三种功能性织物，开发了三种基于摩擦伏特效应的全织物直流摩擦纳米发电机（AFDC-TENG），表现出高灵活性、令人满意的舒适度和稳定的直流输出。论文的主要研究内容如下： （1）利用有机小分子十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基苯磺酸钠化学掺杂在单壁碳纳米管（SWCNTs）的碳原子上，分别制备了具有半导体特性的P型和N型织物。 （2）通过化学镀镍制备一种高性能的导电织物。分析了织物粗化前后的表面形貌，考察了不同浓度和温度镀液对化学成分和镍沉积速率的影响。结果表明，当镀液温度为60 °C、硫酸镍为25 g/L、次亚磷酸钠为30 g/L时，能够实现理想的镀层和性能。 （3）通过在金属-半导体界面的机械滑动，P型AFDC-TENG的输出电压、电流和功率密度可分别达到0.2 V、0.29 μA和45.5 mV/m2。这项工作提出了一种简单和可扩展的全织物直流电源装置的设计形式，在未来的微/纳米能源或自供电的柔性传感器中具有潜在的应用。
关键词
直流摩擦纳米发电机/摩擦伏特效应/功能性织物/化学掺杂/十六烷基三甲基溴化铵/十二烷基苯磺酸钠/化学镀镍引用本文复制引用
授予学位
硕士学科专业
化学导师
蒋涛/董凯学位年度
2023学位授予单位
广西大学语种
中文中图分类号
TM