來源：中國科學(xué)報(bào)

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，各種無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。無線傳感網(wǎng)絡(luò)由區(qū)域內(nèi)數(shù)以萬計(jì)的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，在電氣自動(dòng)化、環(huán)境智能監(jiān)測(cè)、車輛定位等有著廣泛應(yīng)用。然而，難以持續(xù)供電，成為暴露在自然環(huán)境中的傳感器節(jié)點(diǎn)的重要問題之一。

摩擦納米發(fā)電機(jī)作為高效的能量收集和轉(zhuǎn)換新途徑，在風(fēng)能、水能、波浪能等各種機(jī)械能的收集轉(zhuǎn)換中得到了廣泛地拓展應(yīng)用。其自供電的特性更為自然環(huán)境中設(shè)備運(yùn)行的持續(xù)供能提供了一種理想方案。

備注：摩擦起電是一種很普遍的、很古老的現(xiàn)象，無論是梳頭、穿衣還是走路、開車都能遇到。大概從古希臘時(shí)期開始，這個(gè)現(xiàn)象就幾乎是每個(gè)科研工作者，甚至是每個(gè)人都知道的物理現(xiàn)象。但是，人們常常認(rèn)為摩擦起電是一種負(fù)面效應(yīng)，在許多情況下人們都通過各種技術(shù)途徑來回避摩擦起電。2012年，美國佐治亞理工學(xué)院的王中林教授小組發(fā)明了基于摩擦起電效應(yīng)和靜電感應(yīng)相結(jié)合的摩擦納米發(fā)電機(jī)（Triboelectric nanogenerator，TENG），能夠?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

近日，大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院教授徐敏義團(tuán)隊(duì)提出并系統(tǒng)性研究了一種新型防潮且自適應(yīng)風(fēng)向的旗形摩擦納米發(fā)電機(jī)。不僅可在潮濕環(huán)境下高效收集不同方向的風(fēng)能，還能測(cè)量風(fēng)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速傳感，為無線傳感網(wǎng)絡(luò)的供電問題提供了一種新穎的解決方案。相關(guān)研究成果發(fā)表于《納米能源》雜志。

旗形摩擦納米發(fā)電機(jī)

“傳感節(jié)點(diǎn)的自驅(qū)動(dòng)是傳感器發(fā)展的重要方向之一。”論文通訊作者徐敏義告訴《中國科學(xué)報(bào)》，風(fēng)能作為一種在自然界中廣泛存在于的清潔能源，若對(duì)其進(jìn)行采集并驅(qū)動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)工作，將是解決無線傳感網(wǎng)絡(luò)供電問題的一種理想方法。

論文第一作者、大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院博士生王巖介紹，過去研究報(bào)道了很多將有機(jī)介電薄膜置于框架結(jié)構(gòu)中的摩擦納米發(fā)電機(jī)，例如固定薄膜一端，在風(fēng)的作用下，使薄膜自由端與固定電極拍打的模式；固定薄膜兩端，薄膜與上下電極發(fā)生接觸的模式，這些方法都取得了很好的發(fā)電的效果。

“然而，由于結(jié)構(gòu)的限制，導(dǎo)致難以有效采集來自各個(gè)方向的風(fēng)能。同時(shí)摩擦層與空氣直接接觸，導(dǎo)致在濕度較大的條件下其發(fā)電性能會(huì)被嚴(yán)重削弱。”王巖告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

針對(duì)上述問題，徐敏義團(tuán)隊(duì)受到風(fēng)吹旗子擺動(dòng)這一常見現(xiàn)象的啟發(fā)，提出了一種旗子形態(tài)的“抗?jié)瘛蹦Σ良{米發(fā)電機(jī)（flag-type TENG），用以高效采集風(fēng)能。

徐敏義介紹，旗形摩擦納米發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，是由兩片附著導(dǎo)電油墨的PET薄膜（即柔性電極）和一片聚四氟乙烯（PTFE）薄膜疊加而成，同時(shí)采用雙面膠將兩個(gè)柔性電極與PTFE薄膜粘貼在一起對(duì)其進(jìn)行密封。

“雙面膠有一定厚度，使得柔性電極與PTFE薄膜間形成了一個(gè)空隙。當(dāng)風(fēng)吹動(dòng)旗子擺動(dòng)時(shí)，由于柔性電極與PTFE薄膜的變形幅度不同，PTFE薄膜會(huì)與柔性電極產(chǎn)生摩擦，根據(jù)摩擦起電原理，PTFE薄膜與柔性電極的表面會(huì)帶上等量的異種電荷。隨著PTFE薄膜與兩側(cè)柔性電極產(chǎn)生周期性的接觸分離，在連接兩個(gè)電極的電路中就產(chǎn)生了交變電流，于是就實(shí)現(xiàn)了風(fēng)能向電能的轉(zhuǎn)化，就發(fā)出電了。”徐敏義解釋說。

原文標(biāo)題：科學(xué)家研發(fā)出新型防潮且自適應(yīng)風(fēng)向的旗形摩擦納米發(fā)電機(jī)

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