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我校在直流納米發電機研究上取得重要突破

作者:王君学  来源:物理科学学院  编辑:郭书君    时间:2021-11-01    浏览:

新聞網訊 隨著物聯網傳感器(例如森林、海洋、地下管道等無市電供應的傳感器)、可植入醫療器械(例如心髒起搏器)、柔性可穿戴器件等快速發展,對自驅動納米能源的需求越來越迫切。摩擦電納米發電機可將環境中的機械能轉化成電能,作爲選擇之一,可爲自驅動電子器件提供持續能源。但是,傳統的摩擦電納米發電機是基于接觸帶電和靜電感應的耦合直接産生交流電,需要一個整流器來獲得直流電才能驅動電子設備。這極大地限制了能源系統的便攜性、微型化和能源效率,也限制了納米發電機的實際應用。

針對這一難題,物理科學學院龍雲澤教授課題組與中科院北京納米能源與系統研究所王中林院士合作,設計了一種新型的直流摩擦電納米發電機。該設計選擇具有不同電子獲取能力的材料(例如銅、木頭和鋁)作爲納米發電機電極,摩擦電層的電子獲取能力介于兩種電極材料之間,因此摩擦電層可以連續地將電子從一個電極轉移到另一個電極,實現電子的單向流動。新設計的旋轉模式摩擦電納米發電機不需要整流器或空氣擊穿,成功實現了穩定、高效的直流輸出,電壓可達80伏,電流可達每平米270微安,並實現了給電容器快速充電和驅動小型電子設備正常工作。其他材料的電極和摩擦電層也實現了直流輸出,證明了該設計的通用性。

该成果发表在国际知名期刊Nano Energy, 90, 106531 (2021)上,论文第一作者单位是青岛大学,第一作者是博士研究生宋威志,通讯作者是龙云泽教授和王中林院士。Nano Energy最新影响因子是17.881。这项工作是该课题组上半年在电纺纳米纤维用于智能房屋白天辐射散热制冷(Nano Energy, 82, 105695 (2021))之后取得的又一重要进展。


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