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龙云泽教授课题组在直流纳米发电机上取得重要突破
2021-11-01 14:22  

随着物联网传感器(例如森林、海洋、地下管道等无市电供应的传感器)、可植入医疗器械(例如心脏起搏器)、柔性可穿戴器件等快速发展,对自驱动纳米能源的需求越来越迫切。摩擦电纳米发电机可将环境中的机械能转化成电能,作为选择之一,可为自驱动电子器件提供持续能源。但是,传统的摩擦电纳米发电机是基于接触带电和静电感应的耦合直接产生交流电,需要一个整流器来获得直流电才能驱动电子设备。这极大地限制了能源系统的便携性、微型化和能源效率,也限制了纳米发电机的实际应用。

针对这一难题,龙云泽教授课题组与中科院北京纳米能源与系统研究所王中林院士合作,设计了一种新型的直流摩擦电纳米发电机。该设计选择具有不同电子获取能力的材料(例如铜、木头和铝)作为纳米发电机电极,摩擦电层的电子获取能力介于两种电极材料之间,因此摩擦电层可以连续地将电子从一个电极转移到另一个电极,实现电子的单向流动。新设计的旋转模式摩擦电纳米发电机不需要整流器或空气击穿,成功实现了稳定、高效的直流输出,电压可达80伏,电流可达每平米270微安,并实现了给电容器快速充电和驱动小型电子设备正常工作。其它材料的电极和摩擦电层也实现了直流输出,证明了该设计的通用性。

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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