Enhanced output voltage of nano energy harvester with diverse textiles

Abstract

We demonstrate the electrical properties of nano energy harvesters (NEHs) with various textiles for smart textiles that can be applied to the next generation wearable electronics. Output voltages and currents of NEHs with various fabrics, such as a cotton, rayon and wool that have different triboelectricity were measured. Cotton, rayon and wool shows the maximum output voltages of 1.250, 3.313 and 4.063 V, respectively. In addition, output currents of those textiles were 0.75, 4.4, 1.063 μA, respectively. Wool, in particular, which has the highest triboelectricity of 350 V exhibits the highest output voltage.     

二次电子发射和负离子存在时的鞘层结构特性

建立了包括电子、离子、器壁发射二次电子以及负离子多种成分的等离子体无碰撞鞘层的基本模型,讨论了二次电子发射和负离子对1维稳态等离子体鞘层结构的影响,并且分析了多种成分等离子体鞘层内的二次电子和负离子的相互作用。结果表明：二次电子发射系数的增加和负离子含量的增加,都将导致鞘层的厚度有所减小;二次电子发射系数超过临界发射系数之后,鞘层不再是离子鞘。随着器壁材料二次电子发射系数的增加,鞘层中的负离子密度分布也逐渐增加;负离子的增加,导致二次电子临界发射系数有所增加。另外,在等离子体鞘层中二次电子发射和负离子的存在,也影响着鞘层中电子的放电特性与器壁材料的腐蚀。     

单脉冲能量对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

利用透镜聚焦,抛物面喷管约束,结合复摆和光指针测量系统研究了单脉冲能量对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响,实验中通过调节激光器工作电压和硅片衰减实现了脉冲能量5~70 J范围的有效拓展;进一步采用纳秒分幅高速相机拍摄了24 J能量下的流场纹影照片。结果表明：在4~9 J低能量和32~70 J较高能量区间,冲量耦合系数均较稳定;9~32 J能量下冲量耦合系数呈线性增长趋势,变化范围(6.5~21.0)×10-5 N·s·J-1;纹影照片显示流场演化经历了激光支持爆轰波、爆燃波和激波3个阶段,耦合系数的变化规律源于不同单脉冲能量对应不同的能量沉积效率。     

液体性质与吸收能量对激光致声特性的影响

建立了激光致声的产生和测量系统,对蒸馏水、酒精和甘油中的激光致声进行测量分析,分别计算了这3种透明液体在体积模量(0.2~7.0 GPa)、动力粘性系数(0.001~30.000 Pa·s)和所吸收激光脉冲能量(10~400 mJ)变化时对应的激光致声的相关数值。实验和数值计算结果表明：激光致声的主频、峰值声压和声能随着透明液体体积模量的增加而增加;激光致声的峰值声压和声能随着动力粘性系数的增加而减小,随着击穿区所吸收的激光脉冲能量的增加而增加;动力粘性系数和击穿区所吸收的激光脉冲能量对主频的影响不明显。     

Design and Investigation of a Dynamic Auto-Adjusting Ejector for the MED-TVC Desalination System Driven by Solar Energy

Ejectors have been widely used in multi-effect distillation, thermal vapor compression (MED-TVC) desalination systems due to their simple structures and low energy consumption. However, traditional fixed geometry ejectors fail to operate under unstable working conditions driven by solar energy. Herein, a dynamic auto-adjusting ejector, equipped with a needle at the nozzle throat, is proposed to improve the ejector’s performance under changeable operating conditions. A two-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model is built to analyze the performance and flow field of the ejector. It is found that the achievable entrainment ratio gradually increases as the needle approaches the nozzle, and the entrainment ratio of the ejector is relatively stable, varying slightly between 1.1–1.2 when the primary pressure changes from 2.5 to 4 bar. Besides, the performance comparison between the proposed ejector and the traditional ejector is studied under the same primary pressure range. The entrainment ratio of the designed ejector was 1.6 times higher than that of the conventional ejector at a primary pressure of 2.5 bar. Furthermore, the average entrainment ratio of the designed ejector is 1.14, as compared to 0.84 for the traditional ejector. Overall, the proposed auto-adjusting ejector could be potentially used in MED-TVC desalination systems under variable conditions.     

电爆金属丝产生纳米粉体

建立了一台用于纳米粉体制备的电爆炸金属丝装置,它可以在不打开放电腔体情况下,依次电爆炸8根金属丝。对电爆炸金属丝进行了电路模拟,电路模拟结果表明,减小放电回路电感,或在保持电容器初始储能不变条件下,提高充电电压的同时减小储能电容可提高能量注入速率。为了理解金属蒸气形成纳米粉体的物理过程,利用马赫-曾德激光干涉方法,研究了丝爆后金属蒸气及等离子体的演化过程,得到了电爆丝的典型物理图像,观察到电爆丝中金属蒸气喷发的“热滞后”现象及金属蒸气的多次喷发现象。并利用电爆丝法制备了氮化钛、二氧化钛、铜氧化物和氧化锌的纳米粉体。     

1.2 MJ能源模块中两电极气体开关开通特性

在新的强激光能源系统中,采用了一种大电荷转移量同轴结构的两电极气体开关。为了研究气体开关的开通过程,采用仿真软件ATP与PSCAD分别对该开关在开通过程中的某些特征参量对开通特性的影响进行了仿真分析和研究,提出了一种用于模拟气体开关开通过程的模型,并由此得到了触发电压与导通能量之间的关系曲线,并从中得出结论,触发能量对气体开关导通的影响不大。     

周期永磁环爆磁压缩发生器

首次提出了利用周期永磁环做初始能源的螺旋型爆磁压缩发生器,该结构由4节永磁环正反排到组成。阐述了这种周期永磁环爆磁压缩发生器的结构及其特点,并利用等效电路模型分析了轴线起爆周期永磁环爆磁压缩发生器的磁通变化规律和爆磁压缩过程,得到了基本的电流变化关系。 分析及数值计算结果表明：这种周期永磁环爆磁压缩发生器能够实现电流放大,在磁化电流为0.13 MA,磁化回路负载电感为1.0 μH条件下,最终输出电流可达0.16 MA。周期永磁环可以作为爆磁压缩发生器的初始能源,这种概念设计值得进行进一步的实验探索。     

KDP晶体中点缺陷Na取代K的电子结构研究

对磷酸二氢钾(KDP)晶体中Na取代K点缺陷的几何结构及电子结构进行了第一性研究。计算的形成能约为0.46 eV,因此在KDP晶体中此类缺陷比较容易形成。Na取代K以后没有在带隙中形成缺陷态,但在价带中引入两个占据态。它们分别位于费米面以下49 eV和21.5 eV处,这两个占据态分别由Na原子的s和p轨道形成。相对于K来说,由于它们位于价带深处,具有很低的能量,因此Na在KDP中比K稳定。Na在KDP晶体中与周围氧原子的重叠布居仅为0.09, 故它不与主体原子发生共价作用,仅以静电库仑力影响周围原子,此缺陷周围晶格仅发生微小畸变。     

能量输运对柱状等离子体开关磁场穿透过程的影响

对于高密度、导通时间为μs级的柱状等离子体开关,利用磁流体动力学理论(MHD),对其导通阶段的磁场穿透过程进行了模拟,得到了磁场分布随时间的变化;研究了开关导通过程中能量输运导致的温度不均匀分布对磁场穿透过程的影响。模拟结果表明：对于高密度等离子体开关,磁场以远大于磁扩散速率的速度穿透到等离子体中;在磁压对等离子体产生的压缩效应和欧姆加热效应共同作用下,激波区域的等离子体温度显著升高,这进一步加速了磁场穿透;当考虑能量输运方程时,开关导通时间为0.87 μs,比等温模型的结果0.92 μs短,与实验结果0.87 μs相一致。