碳基材料一直被认为是替代贵金属氧还原反应(ORR)催化剂的最有潜力的材料。其中，石墨炔作为一种新的碳同素异形体，由于同时具有sp和sp2杂化的碳原子以及单原子层厚度的二维平面结构，因此在具有碳基材料固有的导电性和稳定性的同时，石墨炔基材料表现出更高的本征电化学活性。本文综述了目前用于电化学氧还原催化的各种石墨炔基催化材料合成的最新进展和成果，并从其电子结构和催化活性等角度分析了石墨炔基碳材料在氧还原催化应用方面的优势。最后，对石墨炔基碳材料在电化学氧还原催化方面研究的前景和面临的挑战进行了概述，为实现高质量石墨炔基无机非金属氧还原催化剂的设计合成提供了新的思路。

陶瓷的压缩破坏是一个爆炸式破碎的过程，在短时间内急剧释放大量能量，并伴随大量高速飞行碎片的产生，实验上较难获取陶瓷压缩破坏过程中碎片的飞溅速度。本文采用离散元数值模拟氧化铝陶瓷的压缩破碎过程，分析了不同应变率下产生碎片的尺寸分布、碎片的平均飞溅速度，以及试件内部不同区域碎片的速度变化规律。研究表明：（1)陶瓷的表观破坏强度以及破碎后碎片的平均飞溅速度与加载应变率正相关；（2)碎片飞溅速度与其初始位置相关，外侧碎片的飞散速度最大，随着初始位置与试件中心轴距离的减小，碎片飞溅速度逐渐减小；（3)随着加载应变率的提高，碎裂产生的碎片数逐渐增多，对应的碎片平均尺寸变小。进一步讨论了试件压缩破碎过程中的能量守恒和转换模式，并对碎片飞溅的平均速度进行了理论分析。

目前自供电无线压电传感器网络已被广泛应用在智能家居及环境监测等领域。组成网络的每个压电传感器节点需要完成不同功耗的任务, 如数据采集、存储等低功耗任务和数据无线传输的高功耗任务。针对低功耗和高功耗任务, 该文设计了基于新型欠压闭锁电路的双模组能量收集电路, 电路具有蓄能周期短和容量大的特点, 可分别用于低功耗任务的低功耗级蓄能模组和高功耗任务的高功耗级蓄能模组, 解决了传统单模组能量收集电路因压电传感器节点工作时能量不足或充电过于频繁导致传感器网络无法正常工作的问题。实验结果表明, 采用新型欠压闭锁电路的能量收集电路最短蓄能周期仅10 min, 能量收集电路最长可驱动压电传感器节点在高功耗模式下工作52 s, 是解决自供电无线压电传感器网络能量供给问题的有效办法。

激光在空间进行实际传输的过程中存在不同障碍物遮蔽的情形, 这将影响激光无线能量系统的输出特性, 探究遮蔽度对光电转换效率所产生的影响则非常重要。通过6结等效二极管模型的理论模拟和实验研究了遮蔽度对6结激光能量转换芯片的性能影响。实验采用808 nm波长激光器作为光源, 针对五种功率下的4种遮蔽度情景, 对6结GaAs激光能量转换芯片的I-V曲线进行了实验测量, 得到了光电转换效率与遮蔽度的关系。实验结果表明, 光功率相同时, 随着遮蔽度增加, 6结激光能量转换芯片的短路电流、转换效率、开路电压减少。理论结果和实验结果一致。同时研究了存在遮蔽时, 通过优化电路给出一种有效获得更高功率的优化策略。理论上分析了优化后电路相对于串联电路可获得更高的最大功率点, 并且通过实验验证理论模拟的正确性。

基于COMSOL软件的光学模块和半导体模块, 从球缺比例、直径、正电极接触面积三个几何设计方面对球硅电池进行了仿真分析; 通过对比反向饱和电流密度和理想因子, 发现球硅半径越小、球缺比例越小、正电极相对接触面积越大, 电池的电学特性越好; 分析了不同直径球硅电池的几何特征与其光电参数之间的关联性, 发现其与传统平面硅太阳电池存在显著差异。研究结果可为制作高效率低成本柔性球硅太阳电池提供理论指导。

设计了一种基于介电弹性体阵列的风力能量转化装置，装置包括风车、曲轴、介电弹性体薄膜、外壳、轴承、夹具、电刷、高压发生器、电缆等。其中，风车的转轴与曲柄连杆的主轴颈连接，连杆轴颈上安装轴承，轴承外侧180°对向设置固定介电弹性体的夹具；介电弹性体另一侧同样使用夹具固定在外壳内表面，设置多段连杆轴颈，始终处于相同拉伸状态的介电弹性体发电单元并联组成一组发电阵列，提高单次发电量。本装置基于单个介电弹性体组成介电弹性体阵列，在1个周期内依次进行电能的转化。实验结果表明，在材料应变量达230%，充电电压为925 V时，单个周期内的发电量可达到17.06 mJ,为介电弹性体阵列大规模发电的应用提供参考。

体异质结聚合物太阳能电池是很有前途的替代化石能源进行能量转换的光伏技术。合成新材料、优化器件结构以及界面工程等方式都能有效提高聚合物太阳能电池的能量转换效率。本文从材料选取、界面掺杂以及界面修饰三个方面阐述界面工程在聚合物太阳能电池中的应用。界面修饰能够促进载流子的产生和输运, 证明界面工程对于提高电荷提取效率、钝化表面缺陷和提升电导率等具有重要意义。

为选择合适的激光参量与光伏电池参量, 以提高激光无线能量传输(LWPT)系统的能量转换效率, 通过实验研究了LWPT系统中能量接收单元, 也即光伏电池在半导体激光照射下的输出特性。通过波长为808 nm和915 nm的激光辐照GaAs和Si光伏电池, 研究了不同激光功率密度、光伏电池温度、电池类型以及激光入射角度对光伏电池输出特性与能量转换效率的影响。实验中, 在波长为808 nm的激光功率密度从0.06 W/cm2上升至0.37 W/cm2的过程中, Si电池的最大输出功率从0.12 W上升至0.32 W, 能量转换效率从50.9%下降至21.2%; GaAs电池的最大输出功率从0.40 W上升到1.07 W, 能量转换效率从57.9%下降至23.8%。随着激光功率密度的增加, 光伏电池的输出功率先增加而后趋于饱和, 但是高功率密度激光引起的电池温升会导致其光电转换效率的下降, 所以激光功率密度的选择与光伏电池温度的控制是提高LWPT系统能量转换效率的关键因素。