介電彈性體發(fā)電機(jī)自偏置機(jī)理研究.pdf

1、介電彈性體材料作為一種新型的電活性材料，既可以用于驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，作為優(yōu)秀的人工肌肉材料；也可用于發(fā)電領(lǐng)域，具有能量密度高、形變大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等突出特點(diǎn)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與風(fēng)能、海洋能等自然能源高效耦合，在利用可再生能源發(fā)電領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來(lái)吸引了越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其展開(kāi)研究。
　　介電彈性體是一種高分子介電材料，需要外界提供一定電荷量才能用于發(fā)電，即提供偏置電荷。在目前的研究中，基于介電彈性體材料的發(fā)電

2、機(jī)需要永久連接一個(gè)外接高壓偏置電源以獲得偏置電荷，而高壓偏置電源正是未來(lái)介電彈性體發(fā)電機(jī)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的一個(gè)主要障礙。本文進(jìn)行介電彈性體發(fā)電機(jī)的自偏置機(jī)理研究，目的就在于通過(guò)研究，實(shí)現(xiàn)其在低壓環(huán)境下的發(fā)電循環(huán)，同時(shí)，在發(fā)電循環(huán)過(guò)程中不再需要外接偏置電源?；诒灸繕?biāo)，論文的主要工作內(nèi)容如下：
　　分析了介電彈性體材料的發(fā)電原理，研究了介電彈性體發(fā)電機(jī)機(jī)電能轉(zhuǎn)換機(jī)理，對(duì)其發(fā)電影響因素進(jìn)行理論分析；分析了單軸拉伸下介電彈性體發(fā)電機(jī)機(jī)電耦合特

3、性。
　　實(shí)驗(yàn)測(cè)試了介電彈性體等效電容與其機(jī)械形變量之間的關(guān)系；實(shí)驗(yàn)研究了在高壓偏置條件下，介電彈性體發(fā)電機(jī)的發(fā)電特性；實(shí)驗(yàn)研究了介電彈性體發(fā)電機(jī)的輸出電壓與偏置電壓、形變速率、形變量的關(guān)系。
　　基于經(jīng)典理論，分析了電荷泵原理；根據(jù)電荷泵工作原理，研究了介電彈性體發(fā)電機(jī)自偏置原理；分析了自偏置介電彈性體發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，及自偏置介電彈性體發(fā)電機(jī)的工作過(guò)程；分析了自偏置介電彈性體發(fā)電機(jī)的輸出電壓及其變化規(guī)律。
　　設(shè)

4、計(jì)并搭建了自偏置介電彈性體發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；設(shè)計(jì)并制作了基于三級(jí)電荷泵的自偏置電路，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該自偏置電路能夠存儲(chǔ)電荷，并且可以向介電彈性體發(fā)電機(jī)提供偏置電荷用于發(fā)電循環(huán)的自偏置工作機(jī)理；實(shí)驗(yàn)測(cè)試了自偏置介電彈性體發(fā)電機(jī)在低壓條件下的輸出電壓，測(cè)試結(jié)果說(shuō)明介電彈性體發(fā)電機(jī)的輸出電壓隨形變量和形變速率的增加而增加；選取介電彈性體發(fā)電機(jī)的輸出電壓平均變化量作為衡量指標(biāo)，研究了形變量、形變速率對(duì)發(fā)電機(jī)輸出的影響；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電荷泵電容值越大，