摩擦納米發電機簡介
來源:納米能源所發布時間:2014-05-27

  摩擦納米發電機由王中林院士在20121月首次研發成功。與傳統的電磁感應式發電機和摩擦起電機原理完全不同,摩擦納米發電機利用的是摩擦起電和靜電感應效應的耦合,同時配合薄層式電極的設計,實現電流的有效輸出。其結構非常簡單、輕巧,用來產生摩擦并形成電流向外輸出的基本元件,都是僅有微米級厚度的薄膜材料,并由此使得整個器件具備了柔軟甚至可以透明的特性。因此,雖然最初的摩擦電發電機輸出功率密度僅有3.67mW/m2,但是王中林院士卻從中看到了其巨大的應用前景。并且通過整個團隊的不斷努力,摩擦電發電機的輸出功率極限不斷被刷新,目前最高可達500W/m2,較最初的輸出整整提高了5個數量級。其最新的研究成果成功地克服了摩擦電發電機輸出電流小、電壓高、難以直接給用電器有效充電的缺陷,通過摩擦表面圖案化的陣列設計和旋轉式的工作方式,將輸出電流提高到3mA,最高平均穩定輸出功率達1.5W,實現了對小型電器的實時供電。該研究結果不僅讓人們看到了摩擦電發電機向產業化的快速奔進,更使其從微小能源領域一躍躋身到有望大規模應用的綠色新能源之列。 

  摩擦納米發電機的動力源既可以是已被人們認識的風力、水力、海浪等大能源,也可以是人的行走、身體的晃動、手的觸摸、下落的雨滴等從沒被人們注意過的環境隨機能源,更可以是車輪的轉動、機器的轟鳴等被人們浪費、甚至是討厭的垃圾能源。摩擦電發電機通過附著在產生這些動力的物體之上,而實現對機械能的有效收集。如此廣泛的適用范圍主要得益于其結構與運動主體的良好兼容性,而且這種兼容性也使其有望通過人類自身的活動為便攜式、可穿戴式設備直接供電,從根本上解決便攜設備功能越來越多、電池越來越不夠用的矛盾。 

  研究發現,摩擦納米發電機的電信號輸出與動力源的性質,例如驅動力的轉速、按壓的力度、晃動的頻率等有明顯的相關性,這使得摩擦納米發電機不僅可以作為電源,還可以作為傳感器,用來反映物體的動作信息。與其他傳感器相比,由摩擦電發電機構成的傳感器最為突出的優點,是在感受終端無需電源,能夠通過被測試對象自身的活動來驅動,實現自驅動的主動式傳感。該技術在人機交互界面、智能傳感和智能皮膚領域將有非常廣闊的應用前景。 

  摩擦納米發電機的成本很低,主要部件由有機材料和常見金屬構成,而且用量極少,非常適合大規模產業化推廣。其輸出性能可以通過簡單的材料更換或者在材料表面制備納米涂層來控制和改善,還可以通過化學方法對其表面進行修飾,以實現更豐富的功能。這給化學和材料領域增加了非常多的基礎和應用研究的機會,甚至可能產生一些新的研究方向,并帶動新興行業的快速發展。 

  摩擦納米發電機從第一次問世到現在僅有兩年多的時間,但是在這兩年里卻通過其發電模式的多樣化、結構的高度可調性和輸出性能的不斷飛躍,向人們展示了其未來應用的無限潛力,引起了學術界和產業界的極大興趣。我們可以想象,當隨身攜帶的手機不再需要電池,當腕帶能夠感受健康,科幻影片中的智能生活離我們還會很遠么? 

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