基于柔性压电纳米发电机的自驱动多级传感阵列的研究的开题报告.docx

基于柔性压电纳米发电机的自驱动多级传感阵列的研究的开题报告
一、选题背景
随着人们生活水平的不断提高，对环境监测和控制的需求也越来越高。传统的电力供应方式在某些特殊环境下存在很大的限制，因此研究新型自驱动传感技术已成为当前研究的热点之一。传感器的自驱动能力可以克服电池寿命短、更换频繁、维护成本高的问题，同时降低了对电网的依赖。
压电纳米发电机是一种新型的纳米材料，具有体积小、重量轻、灵活性好和高效转换机械能为电能的特点，被广泛应用于自驱动传感领域。本课题将采用柔性压电纳米发电机技术，研究自驱动多级传感阵列，实现对环境的智能感知和控制。
二、研究内容
1.柔性压电纳米发电机的制备和结构设计
针对传感器应用的要求，设计柔性压电纳米发电机的结构，采用合适的材料和加工工艺制备柔性压电纳米发电机。
2.多级传感阵列的设计和优化
根据目标环境不同的物理量和特性，设计适合该场景的传感器阵列，对传感器类型、布置、工作区域等进行优化设计。
3.自驱动多级传感阵列系统的集成与测试
将多级传感阵列和柔性压电纳米发电机系统集成为完整的自驱动传感系统，对系统进行测试，验证其在目标环境中的性能。
三、研究意义
本课题研究自驱动多级传感阵列技术，有以下主要意义：
1.突破了传统电池供电的局限，实现了环境自驱动传感和控制。
2.更好地适应了各种复杂环境下的监测和控制需求。
3.降低了传感器的维护成本和更换频率，提高了传感器的应用寿命。
4.为环境监测和控制应用提供了实用的解决方案。
四、研究方法
本课题主要研究方法为实验研究法和理论模拟法。具体包括：
1.实验研究法
采用制备柔性压电纳米发电机、搭建多级传感阵列、集成自驱动多级传感阵列系统等实验方法，进行研究探索。
2.理论模拟法
采用有限元分析、计算力学等方法，研究柔性压电纳米发电机的结构优化和传感器阵列的设计优化。
五、预期成果
1.实现柔性压电纳米发电机的制备和性能测试，并获得优化设计方案。
2.实现柔性压电纳米发电机与传感器阵列的集成，形成自驱动多级传感阵列系统。
3.对自驱动多级传感阵列系统进行测试分析，评估其性能和可行性。
六、研究进度
1.第一年
（1）柔性压电纳米发电机的制备和性能测试。
（2）传感器阵列的设计和优化。
2.第二年
（1）自驱动多级传感阵列系统的集成。
（2）对系统进行测试和分析。
3.第三年
（1）完善和调整自驱动多级传感阵列系统的性能和可行性。
（2）完成相关论文的撰写和发表。
七、参考文献
[1]李红枢.压电纳米发电机.科学通报，2011，56（36）：3017-3023.
[2]LiY,LuY,YuanF,etal.FlexiblePiezoelectricNanogenerator[J].NanoLetters,2012,12(6):3109–3114.
[3]ChuY,YangY,YangJ,etal.BiocompatibleandFlexiblePiezoelectricNanogeneratorBasedonSilkFibroinMaterials[J].ACSNano,2015,9(9):9127-9134.
[4]WangZL.TriboelectricNanogeneratorsasNewEnergyTechnologyandSelf-PoweredSensors—Principles,ProblemsandPerspectives[J].FaradayDiscussions,2014,176:447-458.
[5]贺志军，王成林.物联网中的自驱动传感技术研究综述[J].传感器与微系统，2015，34（5）：1-6。