问答及答辩结果在线视频

下面请咱们在座各位老师

包括同学 是吧

都可以就这个白鹏同学的

博士学位论文的

报告的学术内容 是吧

提出问题

对白鹏这个工作

我还是比较熟悉

也见过几次非常的优秀

工作做的也很多

创新的想法也非常的好

那我也觉得这个

论文我看了也觉得非常的开心

那我这里面有几个小问题

刚才从 从倒着数

因为倒着数你这个印象更深刻

好 好

就是你这个条形码这一个

其实这个想法挺独特的

我觉得也很有意思它作为一个

这种自驱动的这样一个

可以识别的

我刚才看到你给出的

具体这个数据里边

你现在这几个间距都是比较大的

对

对不对

对

都是比较大的

现在相比之下

如果想用它来做一些

比较复杂一点的

这样的这个条形码

是不是还是很有困难

如果我想把它做的比较小

想做成这种可以能够用的

要做这种条形码

你觉得应该怎么来进行突破

这是我的一个问题

谢谢张老师的提问

首先这个问题里面

我们在实验中确实这个间距

是3.5毫米相对来说比较大的

那主要是考虑到以下几个原因

那第一个原因主要是由于这个

这个 这个制备的这个困难程度

因为我们这些ITO的这个条形码

主要是通过这种用这个

Sputter溅射的方式

来沉积在这个薄膜上的

那如果这个间距太短的话

这个沉积就会

这个效果就特别 不太好

因此考虑到这个工艺的难度

因此我们把这个间距选的

稍微较大一点

那另外一方面也就是

较大的这个测量

因为这个间距较大的时候

它的这个时间上

时间就是在测量系统的

这个时间上

它响应的时间会充足一点

那由于我们的这个测量的

一个数据是

数据量是非常大的

采样频率差不多是在2000

就是一秒两千个点

这种频率

那如果说这个间距非常小的话

就是目前我们的测量设备

这个就没有办法实现这个

实时地这个对它的这个识别

对 主要是这两方面考虑

当然

可能第二个是主要原因吧

第一个应该不是主要原因

第一个加工的话

我想它加工的这个纳米级的间距

都是可以的

是是 没错

第二个响应应该是主要问题

对对对 对

就是说我觉得

进一步想要突破的话

就一方面这个工艺上可以采用

比如说像光刻

或者是其他这种

这种更高精度这种工艺方法

来实现这个间隔的这个制备

那另外一方面我觉得

主要的突破点还是在这个

信息的这个采集以及读取方面

我觉得这个是更重要的一点

好 我先提这些

好 谢谢

我问一个问题

因为白鹏我们也比较熟

之前在那个

白鹏这个工作的量非常大

他在那边这个可以说这个

夜以继日的

这个工作量非常大

其实好几章这个论文

都可以单独作为一个博士论文

去完成

对对对

主要看 现在看论文有三点

新的结构设计新的材料使用

最后一个是界面电荷

所以最最具有创新的

我觉得是那个界面电荷

那块的研究

因为包括你们三维的结构

那个只是两维到三维的

对

所以最大的（创新）

我觉得是在那

然后我问了一个问题

不在这个地方

我先问一下另外一个问题

就是刚才你讲的第一个问题里面

那个接触分离时的

铝做了孔

但是高分子没有做纳米线的时候

为什么铝做的孔表面接触

按理说面积变小了

怎么输出还反而变高了

好的

这里我们用这个孔的原因

主要就是可以这样去认为

就是在这个一定的这个

垂直接触力的作用下

由于这个有孔的这个结构

就可以使得这个

因为我们另外一种摩擦的材料

是这个PTFE

它其实是具有这个柔性的

就是它可以有一定的变形的这个这个作用

那就是说因为我们这个

在 在实时的状态下

没有办法去观测

但是我们推测其中的原因

主要是由于它的变形

会填充这个一部分的这个

纳米的孔洞

然后同时这种填充就会

增加它的这个摩擦层的这个面积

同时提高这个器件这个输出

对 主要是由于这个原因

像这个纳米孔洞的密度和大小

对它有影响吗

在实验中我们确实也 也这个

通过不同的方式

这个纳米孔洞它的这个

器件的这个

纳米孔洞的直径是不太一样的

但是我们在测量的过程中

就是首先两点比较难保证

第一点就是说

这个测量的这个

这个力你很难保证一个

非常小的范围而让它浮动

因为我们基本说在用400

或者是500这种比较大的力的

情况下去测量的

那这种较大的力的测量

情况下就没有办法完全分辨说

不同的这个纳米孔洞

到底是因为它的尺寸的区别

带来的影响还是说这个

这个力的大小改变

带来的影响

所以这部分工作确实没有

没有进行更深入的研究

你提出来那个

就是两个材料接触的摩擦接触的

希望它的面积越大越好

对吧

对

我要夸张一点

就是如果你都是做成纳米颗粒

那个纳米材料

这两个纳米材料都是

刚好顶上

有个理想状态刚好是空的 对吧

就你刚才说填充

但实际上反过来讲它是空的

对 就突出的对突出

空的对空的

其实我也在想

就是怎么能够这方面

可以深入研究 是吧

但是效果是挺好的 对吧

其实这个问题就是

怎么去解释它

我觉得这方面可以做

我想问的一个问题是

这种纳米

这个微纳米结构

是什么样的东西

做成什么样的结构

有没有一个原则

是吧 我是做成尖的

做成圆的 做成什么东西

有没有一个原则

这是一个问题

好的 谢谢邹老师的提问

那这个问题确实 之前

之前我们的不同的研究工作

也是确实有这种

比如说像金字塔形状的

还有这种圆柱形的这种

通过光刻以及这种

类似这种浇铸的形式

来形成的这个微纳米的结构

也有像这个纳米颗粒

以及这个纳米线这种形式

那么确实目前这个

不同形状的或者是

不同 不同大小的这个纳米颗粒

具体对这个器件的输出

影响有多少差别

那它们之间有什么差别

那确实还没有有人

做过系统性的研究

确实是这样子

好 那你看你在这个过程中

做的这个材料是非常重要的

对

那你说选择这个薄膜材料的时候

也有什么原则没有

就是要求物理性能

它的强度物理性能等等

究竟有什么要求

不能随便选呀

好的 谢谢邹老师的问题

那对于我们材料中的选择

就是我们希望这个器件的输出

是尽量越大越好

因此我们选择原则是

基本上基于这样一个

摩擦电极序的排列

那么对于这个摩擦电极序

它们两个差别越大的

这两种材料

他们就是相互接触的时候

产生的摩擦电荷会越多

那器件的这个输出就会越大

那目前我们在实验中

主要用到的这个偏正的

这个材料主要用的比较多的

就是金属材料

包括铜和铝

那对这种这个就比较

极性比较负的

主要用到是一些高分子的

有机的高分子的这个薄膜材料

那同时它们这个强度也比较高

那在多个这个周期的工作下

也不会对这个器件的

这个输出稳定性

产生较大的影响

那主要是考虑这两个方面的问题

好 谢谢

就这个发电机

比较关心的有几个指标 大概

比如说开路电压

还有短路电流还有那个

输出那个什么能量还有功率密度

是吧

对

功率密度我觉得好像

应该也是一个比较重要的指标

是的是的 没错

你比如说我很大的面积

可以增加面积

我增加这个能量 对吧

对对对

你好像现状分析里面谈到

现有垂直的一种的摩擦

搞的这个程度已经达到了

五什么 五瓦平方米

4.2 就是

你这个写的

你这个文章里面写了

因为我这个刚拿到

急速翻了一下

目前基于这个什么什么

最大输出功率密度仅为5.0瓦

平方米

然后我刚才听你讲的反正咱这个

也是目的也是要提高它嘛

对

出来的好像没达到吧

就是我的这个

第一个这个工作里面

就是比较一下它差不多达到这个

就是 98瓦平方米

这个 这个密度 功率密度

就是这张图是一个就是

你现在是摞起来的这个吧

对对对对对

你不是分开了

你这个面积怎么算的

这个 这个是算一个密度

你这个是摞起来的面积是吧

对 就是垂直

对 垂直起来的

对 是 所以通过这种集成

因为我刚才没听到这个数据

那我知道了

这个你讲这个机理叫隧迁

或者叫隧穿

它这个 它这个从这个距离

它这个量级上大概是多少

这个文献报道差不多是在

就是在这个

就是在这个就可以有

原子作用力这个间距

就是两个结合的时候

那就是它俩结合的非常非常近

才可以发生

对 就是可以得到原子间距离

那咱们其实在这个

接触里面常看的话

它其实它都是在点接触

这个压强不是很大的情况下

对 没错没错

那这时候的话

从这种接触理论上看

像你是不是说

材料整个这个功率的密度

和你最理想的情况下

这个功率的密度能够差多少

这个 这个

不是你完全接触

和你现在这种点接触

好 就是这个其实

就是研究这个问题的这个方式

就是通过改变它的这个接触面积

就是由这个点

比如说你有几个点的接触

或者是变成多点的接触

然后整个就是理想情况下

就是整个一个面积接触嘛

那我们通过实验中只有通过

就是在上面施加更大的

这个垂直作用力的方式

来实现这个对比

那么反映到我们的研究的内容中

就是 就是直接反映到这个

垂直作用力对这个输出的

这个影响

我们之前就是也是有

有这样一个结果

就是通过这个垂直作用力的

这个增大

我们就是认为它的这个

刚才您提到这个点接触

它会逐渐变密

然后甚至到最后

这个理想情况下

能够形成这个面积接触

那但是在实际过程中

因为我们这个器件最大施加的力

就到500 500牛

如果在力更大的情况下

一方面就是这个力的来源比较难

另一方面就是在更大的力的

作用下这个器件就是

它本身的结构就会被破坏

所以就没有再往 往上这个

测更大的力作用下

它到底输出怎么样

比如说有没有做过一个验证性的

一个实验

就是当两个都是很光滑的

一个平面下

这个面积是可以知道

如果说做成纳米孔洞的话

可能这个就不太好测了

这种情况下你有没有

对对对

比如说是你这个接触估计

压力是多少

然后理论里面接触面积

是不是能够通过这个就

当成一个传感器可以测出来

这个确实是一个

一个我觉得是个可行的这个

就是一个方案

因为我们确实从这个输出面

得到它是一个比较有线性的

这样一个结果

那通过这种有线性结果

这种输出

那可以反映它的这个接触面积

这个确实是可以

可以做到的 对

我还可以问问题

你看你在那个

像第二个问题第三个问题

就关于多层柔性

摩擦纳米发电机

还有后面一个旋转式的一种新的方式

是吧

就是提到一个就是

前面那个是相当于五个单元

是吧

对

后面那个是相当于六个单元

对吧

旋转那个

对对对 没错

这两个都是

这两个都是叫并联的方式

对 都是并联的方式

那就是你想

你做过三个 比如说三个单元

然后九个单元

就是说这个并联

这个是一个简单的一个

这个单元越多

就是指的同样大小的情况下

是不是简单的一个

线性累加呢

还是可能到一定程度

像抛物线一样

对吧

对

在增加是没有效果了

我不知道

这个问题你看看

好的

谢谢邹老师的这个问题

那在实验中呢

我们是有做过

这种三个工作单元的

像个里面就是三个工作单元

那从我自己的

因为做

就是在这个五个工作

选取五个工作单元的是因为

就是为了

有一个代表性

其实我自己的工作里面呢

我是有一个单元两个单元

三个单元四个单元

五个单元

我都是有分别测的

那从我测量的结果

它确实是一个叠加的

一个线性叠加的一个关系

那因此呢我就是才

就是说预测出来就是说

你继续增加这个

单元的个数

它一定会提高它的这个

电流的这个输出

主要是由于这个

各工作单元因为它是一个

并联的关系

那它这个

这个

从我实验里面得到的这个

五个

因为现在也有同学做这个

包括十个这种工作单元的

这种集成

它同时也是一个

这样的叠加关系

但是就是你提到一个问题就是说

可不可以就是说无限的增加

那这个我觉得

绝对是有一个这种极限的

那么主要的原因是由于

你集成的这个层数越多

但是你

如果施加的来源力只有一个的话

你再施加的时候

它每一层的这个

就是接触分离的时间

它其实有时间差的

它不是同时接触分离的

所以这样的话它有可能就是

某一层的这个峰值信号

反而比正的峰值信号

被下面的某一层的

这个负的峰值信号给抵消了

那有可能会出现这种

抵消的信号

那这个就是目前为止

我们做到的就是

包括十层左右的这种器件里面

还没有出现

对

但是预测之后

如果继续增加

就是说有可能会增加这个情况

在旋转的那个结构里

你也提到了

就是说转速对它

也是有影响的

对

转速增加它也在

那我在想的

就是摩擦发电机

它这个接触分离

这个是很有一些要求的

不是越快越好

而是越慢的速度可能对它

也有一定的这样的一个影响

那你这个转速的

有没有limit

我在实验中测到的这个数据

就是显示的都是比较好的这种

这种线性的结果

就是没有测到说

出现这种饱和或者说这种

现在我能假想

就是我越转越快越转越快

它都能跟上吗

我觉得应该是不行的

因为我们在测普通的

其他的拱形的时候

你速度越快

它的输出都是

是跟不上的

对

这个可能也有可能

对

有这个可能性

对对

所以肯定不可能是

对

不可能是越快越好

因为它响应来不及

是

来不及响应

确实它有这个问题

好

其他同学

好 问个问题吧

因为现在你做这个纳米发电机

摩擦纳米发电机

终究是要用的

是吧

包括我刚才提到了

还有潮汐这些要用

是吧

所以我看你测的外头行

你全是

基本上是开路电压

或者是短路电流

对对对

做没做过一个

外特性曲线

就是什么意思呢

就是横坐标比如说是电压

电压

纵坐标电流

电流

完了以后负载在

哪怕是静态的

负载在变化

对

有没有这样的曲线

有一个

没有完全测那种

像这种就是I-V Curve

这种

这种曲线没有测

但是我们测了这样一个结果

就是在不同的这个电阻变化下

它的这个

就是外部的这个电压和电流

对

这是个静态的

是吧

对

这是个静态的

每个电阻我们假设是稳定了

那么长时间

对对对

没错

要是动态呢

假如我动态

因为用的时候

咱们负载经常是变化的

对

变化的情况下

会呈现跟这个一样的结果吗

这个我这个目前工作中

确实没有涉及到

而且主要是由于

在这个测量中

目前就是我们如果在实际中

用到呢

主要是为了就是说

相当与一个原型

证明它可以收集

你要用这个

实际上是这样的

对

如果我是这么想象的

如果它不但自己驱动

还能够自己具有控制

有比较好的功能自己调节

那么就不必再做后续电路

是吧

对

就是这样呢

是不是

当然后续都能做

当然你这个

主要是用这种发电机

能使这个微弱的机械能

是吧

对对对

能把它转化

是吧

对

当然这是个非常

但是我不是说嘛

毕竟是要用的将来

是吧

如果你能自驱动

如果再能够自调节

是

这是不是就

我这是想象

就是目前呢

就是我们也之前考虑过

就是真的要

比如说要实用

那你只有一个器件

是没有办法做到的

必须得有一个这个

不管是整流还是说这个

就是怎么样的

必须得有一个电路

还做这样一件事情

你只有一个收集系统

是没有办法这个完成这个

实用的功能

确实是需要的

好

那么要不咱们按照这个会议程序

是吧

现在宣布答辩休会

然后答辩委员会开始内部会议

好

那我下面代表这个

学位论文答辩委员会

宣读一下答辩委员会

对白鹏博士学位论文

及答辩情况的评语

论文针对环境中机械能的

收集和利用

研发了收集不同形式机械能的

摩擦纳米发电机

并探索了其在

自驱动系统中的应用

选题具有重要的学术意义

和应用前景

论文工作取得的创新性成果如下

一设计了三维集成

柔性摩擦纳米发电机

成功收集人体运动时

产生的机械能

其短路电流密度

从单个工作电源的

13.5微安每平方厘米

提高到45.2微安每平方厘米

创新性的设计了可收集

旋转式机械能的摩擦纳米发电机

并全面研究了旋转速率

以及结构形式

对输出性能的影响

三 揭示了摩擦层材料中

界面约束电荷

对摩擦纳米发电机输出的

影响机制

为设计高性能的摩擦纳米发电机

提供了理论基础

四 设计了多种基于

摩擦纳米发电机的

自驱动传感系统

包括高灵敏度的自驱动

气压变化传感器

和自驱动透明条形

透明条形码系统

开拓了摩擦纳米发电机

在安全预警健康监测

信息存储和读取领域的应用

论文工作表明

作者在材料科学与工程学科领域

掌握了坚实宽广的基础理论

和系统深入的专门知识

具有独立从事科学

研究工作的能力

论文内容丰富条理清晰

数据详实写作规范

达到了工学博士论文要求的

学术水平

是一篇优秀的博士学位论文

答辩阐述清楚回答问题正确

答辩委员会表决一致同意

通过毕业论文答辩

并建议授予白鹏工学博士学位

你对这个有什么意见

没有意见

谢谢各位老师

祝贺你

谢谢老师

那么我们下面是宣布答辩会结束