基于聚二甲基硅氧烷微米结构的柔性单电极摩擦纳米发电机

摩擦纳米发电机已经广泛用于日常生活中收集各种机械能并转换为电能,作为触摸屏和智能皮肤技术的自供能传感系统.为了提高能量转换效率,设计了一种单电极的摩擦纳米发电机(S-TENG).将表面含有微米尺度浮雕结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为S-TENG的摩擦层,一层厚度为20 nm的铟锡氧化物膜作为电极层,通过外部电路可以...     

PDMS基摩擦纳米发电机膜内掺杂

基于新的力电转换机理,摩擦纳米发电机(TENG)将自然界中微弱机械能转化为电能,并为小型用电设备供电成为可能,而柔性材料的应用更为低功耗设备的便携性及适应环境能力提供了保证.基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料制备出柔性TENG,并研究膜内掺杂工艺对TENG输出性能的影响规律.通过系统测试可知,使用碳黑材料作为填充物可以...     

基于双拱形结构的压电-摩擦复合纳米发电机北大核心

提出了一种基于双拱形结构的压电-摩擦复合纳米发电机的制备方法,利用锆钛酸铅（PZT）颗粒/碳纳米管（CNT）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）形成的混合压电薄膜与铝电极作为压电层;利用倒模工艺形成带有均匀梯形体微结构的PDMS薄膜,与铝电极形成摩擦层,其中,中间铝电极为共享电极。同时,通过聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜实现双拱形结构,使压电层与摩擦层能够协同工作,提高输出电性能。研究结果表明,采用双拱形结构的复合纳米发电机,其压电单元的开路电压和短路电流值分别增加了52.7%和34.1%;摩擦单元的开路电压和短路电流值分别增加了75.2%和43.2%。压电单元和摩擦单元整流后混合输出的电能能够点亮10盏LED灯,存储在电容中能够为液晶显示屏（LCD）的正常工作提供电能。因此,该复合纳米发电机能够作为绿色能源供给器件被广泛应用。     

摩擦纳米发电机及其应用

摩擦纳米发电机(TENG)可以收集环境中不同形式的机械能并将其转化成电能,具有材料选择广泛、制作成本低廉、可多功能集成等优势。详细介绍了TENG的基本概念,比较说明了TENG与传统电磁发电机的区别与显著优势,总结了基于不同摩擦方式TENG的详细工作机理,并从工作模式角度综述了TENG由单一模式向组合创新的混合模式发展的研究进展。另外,详细举例介绍了TENG在环境监测、便携式电子产品和自驱动传感器方面的应用。最后,针对TENG目前存在的问题及当今智能化、微型化的科技发展潮流,提出了TENG的三个发展方向:提高其耐高温性能、生物相容性能和灵敏度。     

基于摩擦纳米发电机的波浪能采集系统的研究进展

简单阐述了近年来摩擦纳米发电机(TENG)的工作原理、四种工作模式以及性能优化的方法,并对其四种工作模式的典型结构、优缺点、应用场合以及影响输出功率的主要因素进行了总结.重点介绍了固-液接触型、带有内部机械结构型、混合发电型以及其他类型的用于波浪能收集的TENG的几种结构设计,并对它们的性能以及优缺点进行了比较.介绍了...     

面向环境振动能量收集的直流摩擦纳米发电机技术进展

介绍了摩擦纳米发电机(TENG)的工作原理和特点,总结了从交流输出摩擦纳米发电机(AC-TENG)到直流输出摩擦纳米发电机(DC-TENG)的技术革新变化,根据摩擦纳米发电机不同的直流化技术原理,分别阐述了基于机械整流式、相位控制式、半导体聚合物的动态肖特基式、空气击穿式的DC-TENG近几年的研究进展,并重点分析了基于静电击穿式DC-TENG的工作原理、性能优化和应用方法等。讨论了AC-TENG和DC-TENG之间的异同,得出了通过两者输出性质的差异化来提高自供电传感器精度的结论。最后,对未来DC-TENG技术进行展望,认为DC-TENG与AC-TENG有相似的发展路线,将面临相似的不足与挑战,通过借鉴AC-TENG的改进过程,能有效减少在DC-TENG发展中可能出现的问题。     

用于水波能量收集的摩擦纳米发电机研究进展

简单阐述了摩擦纳米发电机(TENG)的工作原理与四种工作模式及电极材料对摩擦纳米发电机的影响,重点介绍了垂直接触-分离模式结构和独立层模式结构用于水波能量收集的摩擦纳米发电机的结构设计,并对它们的性能与应用进行分析。介绍了电路管理模块用于水波能量收集的摩擦纳米发电机的设计,并详细介绍了它们的性能及作用。总结了近年来水波能量收集型摩擦纳米发电机通过收集水波能量在水波的作用下所实现的功能。最后,对水波能量收集型摩擦纳米发电机收集水波能量方面当前存在的问题进行了分析与总结,并展望了水波能量收集型摩擦纳米发电机未来的发展方向。     

水凝胶基摩擦纳米发电机的研究进展

分析了水凝胶作为摩擦纳米发电机(TENG)材料的独特优势,总结了提高水凝胶基摩擦纳米发电机(H-TENG)输出性能的方法。具有柔韧性、导电性、自愈合性和抗疲劳性的水凝胶组装的H-TENG能满足柔性可穿戴电子设备应用需求,生物相容性和降解性使其更贴近绿色能源的发展方向。主要通过制备高导电性、优异机械性能的水凝胶和优化摩擦层的表面特性以最大限度地提高H-TENG输出功率。但控制水分蒸发和结冰对保持H-TENG的机械性能和导电性仍然具有挑战性,也是维持H-TENG输出性能稳定的关键。最后,阐述了目前H-TENG在自供能传感、微纳能源和生物医学等领域的研究进展。     

基于摩擦纳米发电机的自驱动自清洁雨量传感器

为降低新能源汽车雨量监测系统功耗,提出基于摩擦纳米发电机(TENG)的自驱动、自清洁雨量传感器.利用微电子机械系统(MEMS)工艺制备了具有微纳阵列结构的硅片模板,实现了微纳结构柔性转移.基于表面具有金字塔微结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜构建了单电极模式TENG,研究了不同表面形貌对传感器输出性能的影响.利用雨量...     

基于PVDF/GO电纺复合纳米纤维声驱动式摩擦纳米发电机

声能作为一种广泛存在的可再生能源,在自供电传感器领域具有巨大潜力,但是环境中声源大多为中低频声源,且声能量密度较低。为了提高中低频段声能的收集效率,介绍了一种基于聚偏氟乙烯/氧化石墨烯(PVDF/GO)电纺复合纳米纤维薄膜的声驱动式摩擦纳米发电机(TENG)。TENG的构造由两层绣棚固定的导电布和中间夹一层PVDF/GO电纺纳米纤维薄膜组成,其中导电布与纤维膜之间通过涤纶树脂(PET)圆环分隔。在117 dB、130 Hz的声源激励下,TENG可以产生高达550 V的峰值电压和61μA的短路电流,瞬时最大输出功率密度为701μW/cm²。TENG在中低频段有着高效的声电转换特性,这种特性使其成为一种潜在的低功耗设备供电解决方案。     

用于人体运动姿态监测基于IL@PDMS复合膜的摩擦电纳米发电机

摩擦电纳米发电机(TENG)在自供电可穿戴领域得到了广泛关注,通过材料修饰及制备工艺优化可实现对人体运动姿态的监测。研制了一种可用于人体运动姿态监测的TENG。一方面基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)引入高介电性离子液体(IL),制备了IL@PDMS复合膜作为摩擦层,有效提高了摩擦电输出性能;另一方面,基于光刻微电子机械系统(MEMS)工艺及模板转移技术对IL@PDMS复合膜表面进行金字塔微结构修饰,实现摩擦效应的增强。与纯PDMS膜相比,IL的引入可使摩擦电输出电流及输出电压分别提高近4倍和6倍;另外,表面微结构的修饰也使得输出电流及输出电压分别提升近1.5倍和0.7倍。此外,当工作10 000个周期后,摩擦电输出性能仍保持不变。实验表明,当将IL@PDMS-TENG贴附在手指上时,实现了对人体运动姿态的有效监测。该研究为可穿戴人体运动传感器提供了新的技术路径及应用前景。     

基于金属有机框架材料的摩擦纳米发电机的研究进展

简单介绍了摩擦纳米发电机(TENG)的工作原理和垂直接触-分离式TENG的理论模型。概述了金属有机框架(MOF)材料在TENG领域的研究进展,重点分析了MOF作为TENG摩擦材料的几大优势。MOF的多孔结构、大比表面积、易于化学改性以及在复合材料体系中可以作为活性填料的特点能够有效地改善TENG的输出性能;部分具有生物相容性和可降解性的MOF对于TENG在生物医药领域的发展具有促进作用。此外,总结归纳了目前MOF-TENG在化学传感、运动监测、为小型电子设备供电、金属防腐和环境保护等领域中的应用进展。最后,对MOF-TENG当前存在的问题进行了分析和总结,并展望了未来MOF-TENG的发展方向。     

摩擦纳米发电机输出性能提升及自驱动防腐系统

摩擦纳米发电机(TENG)是一种基于摩擦起电和静电感应的新型绿色能源转化装置,能够将环境中各种形式的机械能转化为电能,TENG产生的电能可用于电化学防腐.制备了氧化石墨烯(GO)掺杂聚氯乙烯(PVC)复合薄膜,基于PVC复合薄膜组装TENG,研究不同掺杂质量分数的GO对TENG输出性能的影响.研究结果表明,当GO的掺杂...     

基于摩擦纳米发电机的气体流量传感器

气体流量是工农业生产及科学研究的重要控制参数,有必要进行实时测量.基于摩擦纳米发电机研制了一种具有自供电功能的气体流量传感器.传感器在气体流经时产生摩擦起电,从而输出与气体流量呈正比的摩擦电信号,实现自供电式传感,即传感器具有传感器和发电机的双重功能.对传感器的理论输出信号进行了推导建模.实验结果表明,传感器的测量范围...     

针尖电极尖端直径对带有针尖结构的摩擦纳米发电机输出的影响

摩擦纳米发电机(TENG)由于其超高电压特性而备受关注.为了进一步提升TENG的输出性能,受益于对自然界闪电击穿空气产生巨大能量的观察,引入对称针尖结构.利用TENG产生的高压来击穿对称针尖微小区域的空气,从而产生能量更为集中的高压.通过电学性能测试得到,带有针尖结构的TENG的开路电压达到2.5 kV(不携带针尖结构...     

一种采集风能的多层薄膜颤振混合纳米发电机

设计了一种多层薄膜颤振混合纳米发电机(MFFH-NG),能同时采集薄膜由于风致振动产生的摩擦电能与压电能。薄膜组成材料为聚四氟乙烯/银/聚偏氟乙烯/银/聚四氟乙烯(PTFE/Ag/PVDF/Ag/PTFE)。模拟分析了MFFH-NG中摩擦纳米发电机(TENG)和压电纳米发电机(PENG)的工作机理;实验分析了摩擦电极板之间距离变化时器件的开路电压,得出一个最优方案。MFFH-NG可以作为一种频率-风速传感器,传感精度为1.61 Hz/(m·s-1)。风速为10 m/s时,测出开路电压峰值平均值为189 V,均方电压为101 V,单位面积的开路电压峰值平均值和单位面积的均方电压分别为5.73×104 V/m2和3.06×104 V/m2;外接负载电阻为10 MΩ时,峰值功率密度平均值达到最大,为345.2 mW/m2,均方功率密度为23.6 mW/m2。MFFH-NG作为直接供能源可以点亮90盏商用LED灯,发出的电能可以存储到电容器中,在风能采集和自供电系统中显示出良好的应用前景。     

风能收集型摩擦纳米发电机研究进展

有效地将自然界中的能量转换为电能对于构建环境友好型社会具有重要意义。摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator,TENG)是一种新型的机械能-电能转换装置,可实现将微弱机械能高效地转换为电能。在自然界众多的机械能中,风能因其分布广和储存量大而受到广泛关注。近年来,将风能高效率地转换为电能是TENG技术的研发重点之一。研究人员对此展开了细致的研究工作,获得大量研究进展。一般说来,风能收集型TENG的研究内容主要包括器件结构优化、摩擦起电材料的物理与化学改性以及电源管理电路设计优化。针对这些研究内容,详细介绍了近年来TENG在收集风能方面的研究进展,剖析存在的问题,并对其未来的应用和发展进行了展望。     

基于弹性钢触发结构的高倍频摩擦纳米发电机

为解决传统摩擦纳米发电机触发方式苛刻、输出性能低及输出性能不稳定等问题,设计了一种基于弹性钢触发结构的高倍频摩擦纳米发电机(ES-TENG),可用于收集环境中各种形式的振动能量并将其转化为电能。本装置选用弹性钢片及纸作为基底,提高了装置在振动环境下的触发灵敏度,同时使装置具有比较明显的高倍频特性,在频率为10 Hz的正弦振动信号驱动下,装置单侧输出的短路电流和开路电压可达64.8μA和914 V,瞬时功率密度高达167.5 W/m³,当负载电阻为5 MΩ时,其输出功率为21.1 mW。利用ES-TENG对4.7μF的电容进行充电,20 s内充电电压达到33.39 V,并且在长时间的高频振动环境下仍能保持其输出性能。     

铝掺杂对氧化锌基摩擦纳米发电机输出性能的影响

采用溶胶-凝胶工艺制备不同掺杂浓度的掺铝氧化锌薄膜,以其作为正摩擦材料制备垂直-接触分离结构的摩擦纳米发电机;通过改变铝掺杂浓度优化摩擦纳米发电机的电学输出性能。实验表明:在摩擦层接触面积为4 cm~2的情况下,当氧化锌薄膜中的铝掺杂浓度从摩尔分数2%提高到10%,摩擦纳米发电机开路电压峰值也相应提高;当铝掺杂浓度为摩尔分数10%时,摩擦纳米发电机的开路电压峰值达到最大值20 V,相比未掺杂铝时提高约一倍;当铝掺杂浓度大于摩尔分数10%时,摩擦纳米发电机的开路电压峰值呈现出下降趋势。