崔暖洋副教授在摩擦纳米发电机研究取得的新进展

崔史行

报道崔暖洋副教授在摩擦纳米发电机研究取得的新进展时间:2020-06-14 11:37 点击:682次

6月2日，国际知名学术期刊Energy & Environmental Science（影响因子33）报道了先进材料与纳米器件研究所团队在摩擦电纳米发电机领域的最新研究工作“Increasing the output charge quantity of triboelectric nanogenerator through frequency-multiplying with multi-gap structure friction layer”。该项工作由崔暖洋、代翠华、刘金妹、顾陇等青年教师及研究生在秦勇教授的指导下合作完成。

传感器经过几十年的发展，诸如物联网之类的大规模传感器网络为我们的生活带来便利，但是如何为广泛使用的传感器供电一直是限制其应用的瓶颈。传统的电源，例如传输网络或化学电池，无法充分适应分布式和小型化传感器或其他功能性电子设备，需要一些更可靠的分布式和分布式电源可持续能源。可以在周围环境中收集机械能的摩擦电纳米发电机（TENG）具有成为小型电子设备理想电源的潜力。

在提高输出性能方面，TENG经历了巨大的发展。从选择不同的材料，设计新的器件结构到构造纳米结构以及其他表面改性技术，已开发出不同的方法来逐步提高TENG的性能。而且几乎所有这些努力都是为了有效提高TENG摩擦层的电荷密度。根本原因是因为电荷输出能力与摩擦层的表面电荷密度和输出电流频率成正相关。摩擦层中存在的静电荷越多，则感应电荷将在外部电路中移动的越多。一般认为输出电流频率取决于TENG驱动模式的驱动频率。如果可以在相同的驱动模式下可以提高输出频率，则可以进一步提高TENG的输出性能。

基于此，在这项工作中，我们开发了一种具有多间隙结构摩擦层的新型TENG，这些间隙的存在会在摩擦层之间产生更多的接触，从而产生更多分离的摩擦电荷和更多的输出电荷量。此外，这些间隙还使TENG在每个驱动周期中产生更多的输出电流脉冲，这意味着输出电流的频率将是驱动频率的几倍。在一个驱动周期中，在摩擦层中没有间隙的一般TENG产生2个电流脉冲，并输出0.23 nC/cm2单位面积电荷量，而在摩擦层中具有7个间隙的TENG产生大约14个电流输出脉冲，并且输出294 nC/cm2单位面积费用数量，是目前记录值的1.18倍。这项工作将有助于TENG的性能快速提高并加快其应用。

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