無線充電技術(shù)及石墨烯的應(yīng)用

1、無線充電技術(shù)及石墨烯的應(yīng)用 匯報人：劉鑫鑫 學(xué) 號：20159449 目錄引言及定義無線充電技術(shù)的發(fā)展無線充電技術(shù)的實現(xiàn)原理無線充電技術(shù)的主要特點無線充電技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域石墨烯的制備石墨烯的應(yīng)用結(jié)語與展望引言隨著生活中的電子設(shè)備越來越多，在不知不覺中各種“理不清”的線纜以及需要事先布置好的插座卻給我們帶來了與日俱增的困擾。定義什么是無線充電？無線充電技術(shù)（Wireless charging technology；Wireless charge technology ）。 無線充電技術(shù)，源引于無線電力輸送技術(shù)，利用磁共振、電磁感應(yīng)線圈、無線電波等方式，在充電器與設(shè)備之間的空氣中傳輸電荷，實現(xiàn)電能高

2、效傳輸?shù)募夹g(shù)。無線充電發(fā)展現(xiàn)狀及成就1.2007年，美國麻省理工學(xué)院的馬林索爾賈?？说热嗽跓o線電能傳輸方面取得了新進展，他們利用兩米外地一個電源“隔空”點亮了一盞60瓦的電燈泡。2.2008年12月17日成立無線充電聯(lián)盟，確立 行業(yè)標準QI3. 2010年8月31日，無線充電聯(lián)盟在北京正式將Qi無線充電技術(shù) 引入中國。4.最近，有幾家公司已經(jīng)生產(chǎn)出無線充電的手機、MP3、便攜式電腦、電動汽車。無線充電技術(shù)原理四種無線充電方式：1.電磁感應(yīng)方式2.磁共振方式3.電場耦合方式4.電波接收方式1.電磁感應(yīng)方式電磁感應(yīng)初級線圈通以一定頻率的交流電，通過電磁感應(yīng)在次級線圈產(chǎn)生電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移

3、到接受端。當前最成熟和普遍的是電磁感應(yīng)方式，近幾年必定它是無線充電的主流模式。2.磁共振方式由能量發(fā)送裝置和能量接受裝置組成，當兩個裝置調(diào)整到相同頻率或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量。3.電場耦合方式利用通過沿垂直方向耦合兩組非對稱偶極子而產(chǎn)生的感應(yīng)電場來傳輸電力。4.電波接收方式類似于早期使用的礦石收音機，主要有微波發(fā)射裝置和微波接受裝置組成，接受電路可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量，在隨負載做出調(diào)整的同時保持穩(wěn)定的直流電壓。四種無線充電技術(shù)的比較無線充電技術(shù)的主要特點1、從理論上說，這一系統(tǒng)對處在充電場的人完全無害，因為電量只在以同一頻率共振的線圈之間傳輸。但對于這

4、種無線充電技術(shù)，很多人可能產(chǎn)生擔(dān)憂，就像當初對Wi-Fi和手機天線桿一樣。2、如今，無線充電技術(shù)在小功率的范圍內(nèi)還是可以顯示出它的優(yōu)越性的。比如小型直流用電設(shè)備中的通訊儀器儀表、民用無線通訊手機、微型計算機、小型便攜式家用電器等。但實施大功率的無線傳輸來說，就比較困難了。根據(jù)磁能無線傳輸理論來說，傳輸?shù)木嚯x越遠，磁能的消耗就會越大，而在終端設(shè)備中所獲得的電能量也就越小。無線充電技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域1、隨著電動汽車的快速發(fā)展和技術(shù)需求，無線輸電的特點決定無線輸電必將在此領(lǐng)域大有可為。電動汽車無線充電技術(shù)工作原理系統(tǒng)有位于汽車外部主級電路和位于汽車內(nèi)部的次級電路、整流器以及驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成。通常在充電的

5、時候，帶有扁平鐵芯的主級線圈，即耦合器，是通過手動的方式被插在次級鐵芯中一個縫隙處，這樣能量就能夠從安置在底層的主級電路被轉(zhuǎn)換到電池中。電動汽車無線充電技術(shù)應(yīng)用實例感應(yīng)充電觀光車韓國首爾一座游樂園試運行一種新型電車。這種電車在鋪有電感應(yīng)條的路面行駛時可無線充電，不像傳統(tǒng)電車需通過路軌或頭頂電線獲得電力。電動汽車無線充電技術(shù)應(yīng)用實例日產(chǎn)魔方電動車該車采用電磁感應(yīng)方式充電，即將一個受電線圈裝置安裝在汽車的底盤上，將另一個供電線圈安裝在地面上，當電動汽車駛到供電線圈裝置上，受電線圈即可接受到供電線圈的電流，從而對電池進行充電。電動汽車無線充電技術(shù)應(yīng)用實例豐田普銳斯PHV豐田的無線充電系統(tǒng)在2011年

6、問世，它采用了電磁共振的方式。豐田以插電式混合動力車普銳斯PHV為原型，無線供電系統(tǒng)的輸出功率為2kW。使用頻帶是已經(jīng)基本作為國際標準取得共識的85kHz頻帶。電力傳輸效率約為80%。電動汽車無線充電技術(shù)應(yīng)用實例沃爾沃C30電動汽車沃爾沃在無線充電領(lǐng)域?qū)儆诤髞碚?，但是卻實現(xiàn)了汽車邊行駛邊充電的創(chuàng)舉。在沃爾沃最近的測試中，技術(shù)人員成功通過一塊鋪設(shè)在地面的無線充電基座為一輛搭載嵌入式感應(yīng)線圈的C30電動汽車完成了充電，而且速度非常快，整個充電過程僅用時2.5小時。2.醫(yī)學(xué)領(lǐng)域心臟起搏器是怎么供電的？3、軌道交通 目前，采用無線方式為軌道交通供電也是目前的研究熱點之一。石墨烯的簡介及特性石墨烯的簡介

7、及特性2010年10月5日，瑞典皇家科學(xué)院在斯德哥爾摩宣布，將2010年諾貝爾物理學(xué)獎授予英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫，以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究。石墨烯的簡介及特性2004年，兩位科學(xué)家通過使用膠帶反復(fù)剝離石墨的方法在絕緣基底上獲得了單層或少層的石墨烯并研究其電學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)其具有特殊的電子特性以及優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能，從而掀起了石墨烯應(yīng)用研究的熱潮。石墨烯的簡介及特性石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化連接形成的單原子層二維晶體，其厚度為0.335nm，碳原子規(guī)整的排列于蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu)單元之中。電子顯微鏡下觀測的石墨烯片，其碳原子間距僅0.14

8、2納米。石墨烯的簡介及特性石墨烯的制備方法1.機械剝離法2.化學(xué)氣相沉積法3.SiC熱分解法4.氧化石墨烯還原法機械剝離法機械剝離法，是一種反復(fù)在石墨上粘貼并揭下粘合膠帶來制備石墨烯的方法，缺點是很難控制所獲得的石墨烯片的大小及層數(shù)。而且只能勉強獲得數(shù)mm見方的石墨烯片。其優(yōu)點是，可以獲得采用其他方法時無法實現(xiàn)的極高品質(zhì)石墨烯片。還有人指出，“正是因為機械剝離法的出現(xiàn)才使石墨烯的分離研究在短時間內(nèi)取得了進展”?；瘜W(xué)氣象沉積法 另外，制造大面積石墨烯膜也已成為可能。采用的方法是化學(xué)氣相沉積法。這是在真空容器中將甲烷等碳源加熱至1000左右使其分解，然后在Ni及Cu等金屬箔上形成石墨烯膜的技術(shù)。2

9、010 年6 月韓國成均館大學(xué)與三星電子等宣布，開發(fā)出了可制備30 英寸單層石墨烯膜的制造工藝以及采用這種石墨烯膜的觸摸面板，這一消息讓石墨烯研究人員及技術(shù)人員感到十分吃驚。不過，在1000高溫下采用的工藝只能以分批處理的方式推進，這是該制造工藝的瓶頸。而且這種工藝還存在反復(fù)轉(zhuǎn)印的過程中容易混入缺陷及雜質(zhì)的問題。SiC熱分解法 SiC 基板的熱分解法是，將SiC 基板加熱至1300左右后除去表面的Si，剩余的C自發(fā)性重新組合形成石墨烯片的工藝。IBM 公司2010 年1 月將原來的機械剝離法改為這種方法制作了石墨烯FET。其優(yōu)點是“不會受原來SiC基板上存在的若干凹凸的影響，可像從上面鋪設(shè)地毯

10、一樣形成石墨烯片” 。而其存在的課題是，需要非常高的處理溫度，石墨烯片的尺寸不易達到數(shù)m 見方以上，而且很難轉(zhuǎn)印至其他基板，只能使用昂貴的SiC 基板。氧化石墨烯法 第4 種制作工藝是三菱氣體化學(xué)2000 年開發(fā)的氧化石墨烯法。這種方法首先使石墨粉氧化，然后放入溶液內(nèi)溶化，在基板上涂上薄薄的一層后再使其還原。目前，這種方法用于制作大面積透明導(dǎo)電膜以及采用涂布工藝制作的TFT。盡管該工藝的溫度較低而且方法簡單，但由于采用折疊多個數(shù)十nm 見方斷片的構(gòu)造，而且不能完全還原，因此存在的課題是很難確保充分的導(dǎo)電性及透明性。石墨烯的應(yīng)用觸摸面板1.觸摸面板 2013年1月24日，中科院重慶研究院正式公開

11、宣布，該院已經(jīng)在銅箔襯底上生長出15英寸的均勻單層石墨烯,并成功將其完整地轉(zhuǎn)移到柔性PET襯底上和其他基底表面,并且通過進一步應(yīng)用,還制備出了7英寸的石墨烯觸摸屏。該院研究中心副主任史浩飛表示，石墨烯的應(yīng)用將給我們的手機、平板電腦帶來很大的變化，如果手機、平板電腦上的其他部件和材料也得到相應(yīng)改進,也許未來510年,手機、電腦的顯示屏就可以真正實現(xiàn)可折疊。 石墨烯的應(yīng)用散熱薄膜智能手機所采用的CPU速度不斷增大，內(nèi)存容量擴大，操作系統(tǒng)性能提高，超薄的機身，對散熱的要求逐漸增大。為了能夠讓手機熱量更快散出去，不少手機廠商都會給手機貼上石墨散熱片。目前國內(nèi)市場上銷售的智能手機越來越多的采用石墨片作為

12、導(dǎo)熱材料，例如蘋果、三星、HTC、小米、魅族等等。 石墨烯的導(dǎo)熱率是石墨的3倍，所以石墨烯制成的散熱膜散熱性能會大大優(yōu)于石墨片。石墨烯的應(yīng)用散熱薄膜 2013年4月2日，貴州新碳高科有限責(zé)任公司宣布研制成功出中國首個純石墨烯粉末產(chǎn)品柔性石墨烯散熱薄膜。石墨烯散熱薄膜外觀與錫箔紙相似，柔韌能任意折疊，可用剪刀剪成任意形狀。“薄膜厚度控制在25微米左右，相當于普通A4紙的三分之一厚”，用約360高的熱源去靠近它時，石墨烯散熱膜的表面溫度可均勻保持在127左右。 石墨烯的應(yīng)用超級電容器石墨烯以其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)迅速引起了超級電容器研究人員的強烈興趣。良好的導(dǎo)電性高比表面積優(yōu)異的柔韌性良好的機械性能

13、石墨烯的應(yīng)用超級電容器石墨烯的應(yīng)用超級電容器 美國加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員利用一臺普通的家用DVD光雕刻錄機，在不到30分鐘的時間內(nèi)在一張光盤上生產(chǎn)出100多個石墨烯微型超級電容器。該電容器不僅具有小巧的外形，更重要的是可以在極短的時間內(nèi)完成充電，其充放電的速度比標準電池快數(shù)百倍甚至上千倍。石墨烯的應(yīng)用控制污染 浙江大學(xué)的高超教授創(chuàng)造了世界最輕的材料石墨烯全碳氣凝膠，0.16毫克每立方厘米。這是處理污染的絕佳材料。它能吸附石油，現(xiàn)有的吸油產(chǎn)品一般只能吸收自身質(zhì)量10倍左右的有機溶劑，而“全碳氣凝膠”的吸收量可高達自身質(zhì)量的900倍。石墨烯的應(yīng)用其它方面石墨烯還可以應(yīng)用于太陽能電池、鋰電池、基因測序等領(lǐng)域，同時有望幫助物理學(xué)家在量子物理學(xué)研究領(lǐng)域取得新突破。中國科研人員發(fā)現(xiàn)細菌的細胞在石墨烯上無法生長，而人類細胞卻不會受損。利用這一點石墨烯可以用來做繃帶，食品包裝甚至抗菌T恤。這種物質(zhì)不僅可以用來開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機材料、制造出超堅韌的防彈衣。結(jié)語與展望無線充電技術(shù)是當今主流的熱點技術(shù)之一，匯集著一代科研人員的智慧結(jié)晶。從無線充電技術(shù)當今的發(fā)展現(xiàn)狀來看，今后的發(fā)展方向主要在于解決標準問題、提高能效與傳輸距離、降低成本、普及大眾。石墨烯有著優(yōu)異的物理化學(xué)性能，可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域，目前最重要的是石墨烯制備方法的改進，如何大量、低成本制備高質(zhì)量的石墨