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技术交流 2018-12-05 11:24
中国电工网讯:
    自2012年被发明以来,摩擦纳米发电机(TriboelectricNanogenerator,TENG)发展成为能源收集的主流技术之一。由于TENG的工作原理是基于摩擦起电效应和静电感应效应,TENG的开路电压很高。对于具有电响应特性的高内阻材料,TENG可以直接有效地驱动或者精确控制它们,这是实现自驱动智能系统的最直接的组合方式。对比其他自驱动电压电源,TENG具有结构设计灵活、成本低廉和选材范围广等优点,尤其在低频机械能收集方向具有很大的应用前景。
 
    近日,中国科学院北京纳米能源与系统研究所在《先进功能材料》杂志上发表特邀综述,着眼于可以被TENG的高输出电压直接驱动的材料和器件,概述了已报道的各种可以与TENG成功结合的应用方向,包括介电弹性体、压电陶瓷、铁电材料等功能材料,静电驱动器、静电空气净化器以及场发射和质谱仪等智能器件。同时,文章总结了选择材料和器件与TENG相互结合的关键因素,总结了TENG作为直接电源面临的挑战和对于该领域未来研究的展望。
 

 
    以TENG为核心的自驱动系统是纳米能源所所长、首席科学家王中林提出的纳米能源领域包含的重要方向之一,而TENG与各种功能材料和系统的结合是实现自驱动系统的最直接的方法,具有重要的研究价值。目前,在该方向上的主要进展如下:①基于介电弹性体的人工肌肉、智能开关、智能光栅等;②基于压电陶瓷的微型光调制驱动器;③基于铁电材料的记忆装置;④静电操纵器用于驱动和操纵微流体和微小物体;⑤静电吸附和空气净化器;⑥电子激发、离子发生器和便携式质谱仪等。在选择合适的技术与TENG结合的时候,研究人员倾向于选择具有较高绝缘特性的材料和器件,可以很好地保持住TENG产生的静电荷并且可以有效地利用TENG的高输出电压。其次,需要目标器件具有低功耗的特点,可以很好地配合TENG的输出能力。最后,研究人员希望与TENG结合的技术具有独特的功能,这样可以丰富TENG的应用领域。
 
    另一方面,以TENG为核心的自驱动系统可以发展出许多独特的功能。首先,TENG的自驱动特性可以从各种场景中吸取能量,代替原有的电源,实现对便携式的无源系统。其次,TENG可以瞬时把机械能转化为电信号,实现人机交互的桥梁。此外,在高电压器件的应用方向上,TENG有限的输出电荷可作为一种高灵敏的自保护措施,在出现电击穿等危险的时候快速降低输出电压,保护周围的人体和器件。因此,传统的电响应智能材料和器件,在与TENG结合之后可以诞生出很多新的和有应用价值的功能。随着TENG性能的不断提高,以及在应用领域的不断探索,各种多功能的复合系统会不断地被开发出来。
 
    Adv.Funct.Mater上(ElectricallyResponsiveMaterialsandDevicesDirectlyDrivenbytheHighVoltageofTriboelectricNanogenerators.DOI:10.1002/adfm.201806351),王中林和陈翔宇是文章的共同通讯作者。
 
    TENG和用于功能自供电系统的电响应材料/器件的组合。涵盖人工肌肉、微型执行器、记忆装置、静电操纵器、空气净化、电子激发和离子发生器等。

    (来源:中科院之声)
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