柔性薄膜复合俘能器件可控制备工艺及界面损伤失效机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51805395
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0512.微纳机械系统
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The development and fabrication process of novel high efficient flexible power supply devices are significant for improving flexible electronics applications. Since the hybrid energy harvester presents advantages of high efficiency and good environment adaptability, the project proposes a controllable fabrication process for flexible hybrid piezoelectric-magneto-electric energy harvester. The composite film preparation quality is influenced by overprint accuracy and reaction conditions of hydrothermal and electron beam evaporation methods. In addition, the material nonlinear constitutive relationship and interface damage further increase the instability of the energy scavenger performance. In order to achieve batch production of flexible composite thin film devices and ensure stable and reliable output performance, the project plans to carry out research on controllable fabrication process and failure mechanism of interface damage of flexible thin film hybrid energy harvesting devices. The research will mainly focus on the following aspects: (1) Change of roll-to-roll process parameters, seed layer morphology, UV curing time and other reaction conditions to control the film growth (2) Intrinsic nonlinear dynamic modeling of Magneto-electromechanical device under random excitation; (3) Research on the interface damage and failure mechanism of the laminated structure based on the cohesion mechanical model. Through the study on thin film formation law and interface damage initiation mechanism proposed in this project, it will realize the multidisciplinary referring of materials, mechanics and electromagnetism, which shows a good theoretical research significance. The expected research result will not only provide a great value for mass production and performance improvement of the flexible laminated thin film energy scavenger in engineering field, but also show a great significance for exploring performance reliability evaluation method of the flexible thin film device in academic area.
新型高效柔性供能器件开发与制备对柔性电子发展具有十分重要的意义。鉴于复合俘能器工作效率高、环境适应能力强,项目首次提出柔性复合压电-磁电俘能器可控制备工艺。套印精度、水热法和电子束蒸镀法反应条件直接影响薄膜制备质量。材料非线性本构关系和界面损伤增加了俘能器性能不稳定性。为实现柔性复合薄膜器件批量化生产,保证输出性能稳定,项目拟开展柔性薄膜复合俘能器件可控制备工艺及界面损伤失效机理研究,包括:(1)卷到卷工艺参数、晶种层微观形貌、反应条件对薄膜形成规律影响;(2)随机激励下磁-机-电耦合本征非线性动力学建模;(3)基于内聚力力学模型,层合结构界面损伤失效机理研究。项目提出的薄膜形成规律及界面损伤萌生机制研究,交叉了材料、机械力学、电磁等多个学科,具有理论研究意义。研究成果还对柔性俘能器批量化制备及性能改进有重要的工程应用价值,同时对柔性层合薄膜器件性能可靠性评估方法的探索具有重要学术意义。

结项摘要

新型高效柔性供能器件开发与制备对柔性电子发展具有十分重要的意义,报告提出柔性薄膜复合俘能器件研究,但柔性压电、磁电膜制备工艺不足、柔性材料非线性特征和界面损伤增加了俘能器性能不稳定性,报告围绕柔性薄膜复合俘能器件在制备工艺、磁-机-电非线性动力学建模及界面损伤失效机理等关键问题展开研究,主要研究成果如下:1)据欧拉-伯努利梁和Hamilton变分原理,完成了线性及非线性悬臂梁式压电俘能器动力学建模;2)构建了关于悬臂式磁电俘能器的基本动力学和能量输出特性数学模型,基于安培分子环流理论推导单块长方体钕铁硼磁铁的三维磁场解析式,实现了钕铁硼磁铁三维空间磁场分布分析;3)提出了波纹阵列式两端夹持柔性压电俘能器,针对两端夹持梁在轴向激励下构建了机电耦合动力学模型,采用谐波平衡法获得两端夹持压电俘能器在轴向激励下的频率响应特性、负载特性以及包含分岔图、相位图和庞加莱截面的非线性特征;4)完成了单电源电路及多电源并网管理电路设计与研究,实现了无外接电源的SSHI电路的设计与优化;5)围绕柔性压电薄膜—聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜进行制备工艺研究,采用静电纺丝制备工艺,并探究了溶液配比、浓度、注射速度、纺丝电压及辊子转速等参数对纤维膜形貌及晶型的影响,完成了SEM微观形貌表征、XRD晶向分析及介电常数分析;6)完成了波纹阵列式柔性压电俘能器实验表征,并联阵列式俘能器在3MΩ负载下最大输出功率为1.76μW,能够点亮21盏LED灯。研究成果对柔性俘能器批量化制备及性能改进有重要的工程应用价值,对柔性层合薄膜器件性能可靠性评估方法的探索具有重要学术意义。授权国家专利4项,发表7篇研究论文,其中SCI收录3篇,国际会议报告2次,培养毕业博士和硕士研究生5人。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(4)
尾鳍摆动驱动仿生机器鱼的水动力性能仿真分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    武汉科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梅杰
  • 通讯作者:
    梅杰
谐波传动系统齿廓优化设计与侧隙控制补偿
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    武汉科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梅杰
  • 通讯作者:
    梅杰
Analytical Modeling of a Doubly Clamped Flexible Piezoelectric Energy Harvester with Axial Excitation and Its Experimental Characterization.
轴向激励双钳位柔性压电能量采集器的分析模型及其实验表征
  • DOI:
    10.3390/s21113861
  • 发表时间:
    2021-06-03
  • 期刊:
    Sensors (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Mei J;Fan Q;Li L;Chen D;Xu L;Dai Q;Liu Q
  • 通讯作者:
    Liu Q
Influences of surface charges and gap width between p-type and n-type semiconductors on charge pumping
p型和n型半导体之间的表面电荷和间隙宽度对电荷泵的影响
  • DOI:
    10.1016/j.nanoen.2020.105287
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Nano Energy
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Shuo Deng;Ran Xu;Min Li;Lijie Li;Zhong Lin Wang;Qing Zhang
  • 通讯作者:
    Qing Zhang
基于PVDF的压电悬臂梁非线性动力学分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    武汉理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梅杰
  • 通讯作者:
    梅杰

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其他文献

伴有桡神经麻痹的肱骨中远段骨折的微创治疗
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    广东医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭文标;梅杰;张峦;孙向华
  • 通讯作者:
    孙向华
基于语义特征向量的DNA与转录因子结合特异性预测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机应用与软件
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙晓雨;权丽君;梅杰;黄立群;吕强
  • 通讯作者:
    吕强
带有蛋白质输入的RNA-蛋白质结合位点预测方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机应用与软件
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梅杰;何如吉;吕强
  • 通讯作者:
    吕强
低功率聚焦超声联合微泡对兔血脑屏障通透性影响的实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中华神经外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪峰;MEI Jie;CHENG Yuan;王志刚;WANG Zhi-gang;梅杰;程远;WANG Zhi-biao;王智彪;WANG Feng
  • 通讯作者:
    WANG Feng
Galfenol合金应用研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    舒亮;刘坤;卢全国;梅杰;陈定方
  • 通讯作者:
    陈定方

其他文献

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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