纤维素纸基能源与传感器件的制备及性能研究
发布时间：2023-05-13 19:49
随着资源短缺与环境污染等问题加剧,清洁能源的高效转化和绿色传感器件的开发成为研究热点。木质纤维素资源具有储量丰富、可再生、可生物降解等诸多优点,在环境友好型先进材料制备与功能器件开发等领域具有广阔的应用前景。本研究通过简便绿色的技术手段,设计并构建了一系列新型纤维素纸基柔性能源与传感器件,研究了器件工作性能与工作机理,实现了在能源转化和应变/压力传感领域的应用,促进了绿色能源和柔性可穿戴设备的可持续发展。论文的主要研究工作包括以下几个方面:(1)纤维素纳米纸应用于太阳能电池。通过真空辅助抽滤TEMPO氧化纳米纤维素(TOCNF)和硅烷化处理,制备了一种高透明度(90.2%)、高雾度(46.5%)、超疏水(接触角159.6°,滑动角5.8°)纤维素纳米纸。相比于原始纤维素纳米纸,硅烷化处理在纳米纸表面构建了“珍珠项链状”聚硅氧烷纤维,使该纳米纸的抗水性(接触角)提高了70.7%,同时保留了原有高透明度与高雾度。所开发的超疏水纳米纸同时具备光管理与自清洁功能,其大幅提高了商业太阳能电池的光电转化效率(10.43%),同时显著改善了太阳能电池因灰尘积累而造成的工作效率下降问题。(2)纤维素皱...
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 纤维素
1.3 纳米纤维素
1.3.1 纳米纤维素的分类
1.3.2 纳米纤维素的制备
1.4 纤维素纸基功能材料的构建
1.4.1 打印与印刷
1.4.2 涂布
1.4.3 混合掺杂
1.4.4 化学改性与原位聚合
1.4.5 高温碳化
1.5 纤维素纸基能源器件
1.5.1 能源转化器件
1.5.2 能源储存器件
1.6 纤维素纸基传感器件
1.6.1 应变/压力传感器
1.6.2 生物传感器
1.6.3 气体传感器
1.6.4 湿度传感器
1.6.5 温度传感器
1.7 本论文研究目的、意义和主要内容
1.7.1 研究目的与意义
1.7.2 主要研究内容
2 高透明高雾度超疏水纤维素纳米纸应用于太阳能电池
2.1 引言
2.2 实验与方法
2.2.1 实验原料与药品
2.2.2 实验仪器
2.2.3 纳米纤维素的制备
2.2.4 纤维素纳米纸的制备
2.2.5 超疏水改性
2.2.6 检测与表征
2.3 结果与讨论
2.3.1 超疏水纤维素纳米纸的制备
2.3.2 纳米纸微观形貌与化学结构
2.3.3 纳米纸光学性能
2.3.4 纳米纸浸润性与热稳定性
2.3.5 纳米纸应用于太阳能电池
2.4 本章小结
3 纤维素皱纹纸基柔性各向异性应变传感器
3.1 引言
3.2 实验与方法
3.2.1 实验原料与药品
3.2.2 实验仪器
3.2.3 皱纹纸碳化处理
3.2.4 柔性应变传感器的组装
3.2.5 微观形貌表征
3.2.6 拉曼光谱表征
3.2.7 机械性能表征
3.2.8 应变传感测试系统与器件性能表征
3.2.9 应变传感器与虚拟模型通信
3.3 结果与讨论
3.3.1 皱纹纸基应变传感器的制备与基本表征
3.3.2 皱纹纸基应变传感器的机电性能
3.3.3 皱纹纸基应变传感器的工作机理
3.3.4 皱纹纸基应变传感器应用于人体运动检测与人机交互
3.4 本章小结
4 纤维素纸基高灵敏度柔性压力传感器
4.1 引言
4.2 实验与方法
4.2.1 实验原料与药品
4.2.2 实验仪器
4.2.3 皱纹纸碳化处理
4.2.4 纸基压力传感器的制备
4.2.5 扫描电子显微镜与拉曼光谱表征
4.2.6 机电性能表征与应用
4.3 结果与讨论
4.3.1 纸基压力传感器的制备与基本表征
4.3.2 纸基压力传感器的机电性能
4.3.3 纸基压力传感器的工作机理
4.3.4 纸基压力传感器的应用
4.4 本章小结
5 基于纤维素复合气凝胶薄膜的纸基压力传感器
5.1 引言
5.2 实验与方法
5.2.1 实验原料与药品
5.2.2 实验仪器
5.2.3 复合气凝胶薄膜纸基压力传感器的制备
5.2.4 复合气凝胶薄膜的基本表征
5.2.5 复合气凝胶薄膜纸基压力传感器的性能与应用
5.3 结果与讨论
5.3.1 复合气凝胶薄膜的制备与基本表征
5.3.2 复合气凝胶薄膜纸基压力传感器的机电性能
5.3.3 复合气凝胶薄膜纸基压力传感器的工作机理
5.3.4 复合气凝胶薄膜纸基压力传感器的应用
5.4 本章小结
6 纸基摩擦纳米发电机应用于能量收集与自供能传感
6.1 引言
6.2 实验与方法
6.2.1 实验原料与药品
6.2.2 实验仪器
6.2.3 纸基摩擦纳米发电机的制备
6.2.4 微观形貌与红外光谱表征
6.2.5 纸基摩擦纳米发电机输出性能表征及应用
6.2.6 纸钢琴应用于自供能人机交互
6.3 结果与讨论
6.3.1 纸基摩擦纳米发电机的制备与基本表征
6.3.2 纸基摩擦纳米发电机的输出性能
6.3.3 纸基摩擦纳米发电机的工作机理
6.3.4 纸基摩擦纳米发电机应用于能量收集与自供能传感
6.3.5 纸基摩擦纳米发电机应用于自供能人机交互
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 论文创新点
7.3 对下一步工作的建议
参考文献
个人简介
导师简介
获得成果目录清单
致谢
本文编号：3816402
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 纤维素
1.3 纳米纤维素
1.3.1 纳米纤维素的分类
1.3.2 纳米纤维素的制备
1.4 纤维素纸基功能材料的构建
1.4.1 打印与印刷
1.4.2 涂布
1.4.3 混合掺杂
1.4.4 化学改性与原位聚合
1.4.5 高温碳化
1.5 纤维素纸基能源器件
1.5.1 能源转化器件
1.5.2 能源储存器件
1.6 纤维素纸基传感器件
1.6.1 应变/压力传感器
1.6.2 生物传感器
1.6.3 气体传感器
1.6.4 湿度传感器
1.6.5 温度传感器
1.7 本论文研究目的、意义和主要内容
1.7.1 研究目的与意义
1.7.2 主要研究内容
2 高透明高雾度超疏水纤维素纳米纸应用于太阳能电池
2.1 引言
2.2 实验与方法
2.2.1 实验原料与药品
2.2.2 实验仪器
2.2.3 纳米纤维素的制备
2.2.4 纤维素纳米纸的制备
2.2.5 超疏水改性
2.2.6 检测与表征
2.3 结果与讨论
2.3.1 超疏水纤维素纳米纸的制备
2.3.2 纳米纸微观形貌与化学结构
2.3.3 纳米纸光学性能
2.3.4 纳米纸浸润性与热稳定性
2.3.5 纳米纸应用于太阳能电池
2.4 本章小结
3 纤维素皱纹纸基柔性各向异性应变传感器
3.1 引言
3.2 实验与方法
3.2.1 实验原料与药品
3.2.2 实验仪器
3.2.3 皱纹纸碳化处理
3.2.4 柔性应变传感器的组装
3.2.5 微观形貌表征
3.2.6 拉曼光谱表征
3.2.7 机械性能表征
3.2.8 应变传感测试系统与器件性能表征
3.2.9 应变传感器与虚拟模型通信
3.3 结果与讨论
3.3.1 皱纹纸基应变传感器的制备与基本表征
3.3.2 皱纹纸基应变传感器的机电性能
3.3.3 皱纹纸基应变传感器的工作机理
3.3.4 皱纹纸基应变传感器应用于人体运动检测与人机交互
3.4 本章小结
4 纤维素纸基高灵敏度柔性压力传感器
4.1 引言
4.2 实验与方法
4.2.1 实验原料与药品
4.2.2 实验仪器
4.2.3 皱纹纸碳化处理
4.2.4 纸基压力传感器的制备
4.2.5 扫描电子显微镜与拉曼光谱表征
4.2.6 机电性能表征与应用
4.3 结果与讨论
4.3.1 纸基压力传感器的制备与基本表征
4.3.2 纸基压力传感器的机电性能
4.3.3 纸基压力传感器的工作机理
4.3.4 纸基压力传感器的应用
4.4 本章小结
5 基于纤维素复合气凝胶薄膜的纸基压力传感器
5.1 引言
5.2 实验与方法
5.2.1 实验原料与药品
5.2.2 实验仪器
5.2.3 复合气凝胶薄膜纸基压力传感器的制备
5.2.4 复合气凝胶薄膜的基本表征
5.2.5 复合气凝胶薄膜纸基压力传感器的性能与应用
5.3 结果与讨论
5.3.1 复合气凝胶薄膜的制备与基本表征
5.3.2 复合气凝胶薄膜纸基压力传感器的机电性能
5.3.3 复合气凝胶薄膜纸基压力传感器的工作机理
5.3.4 复合气凝胶薄膜纸基压力传感器的应用
5.4 本章小结
6 纸基摩擦纳米发电机应用于能量收集与自供能传感
6.1 引言
6.2 实验与方法
6.2.1 实验原料与药品
6.2.2 实验仪器
6.2.3 纸基摩擦纳米发电机的制备
6.2.4 微观形貌与红外光谱表征
6.2.5 纸基摩擦纳米发电机输出性能表征及应用
6.2.6 纸钢琴应用于自供能人机交互
6.3 结果与讨论
6.3.1 纸基摩擦纳米发电机的制备与基本表征
6.3.2 纸基摩擦纳米发电机的输出性能
6.3.3 纸基摩擦纳米发电机的工作机理
6.3.4 纸基摩擦纳米发电机应用于能量收集与自供能传感
6.3.5 纸基摩擦纳米发电机应用于自供能人机交互
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 论文创新点
7.3 对下一步工作的建议
参考文献
个人简介
导师简介
获得成果目录清单
致谢
本文编号：3816402
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