1321 / 2023-03-20 22:22:19

高性能摩擦纳米发电机及其中的摩擦学问题

摩擦纳米发电机作为一种新兴的机械能收集技术，可与各种分布式器件集成，形成自驱动系统，有望解决器件的可持续原位供能和免维护问题，在物联网、环境监测设备、可植入医疗设备、可穿戴设备、仿生机器人等诸多领域具有广泛的应用前景。同时，由于其结构的灵活多样及潜在的低成本，也为收集以海洋波浪能为代表的可再生能源提供了一种新的技术路径。为适应不同场景的应用需求，增强器件的性能，提出了包括电荷泵浦、电荷限域结构、电荷穿梭机制、双电层电荷驱动在内的一系列新器件原理，发展了多型高性能摩擦纳米发电机，实现更好与环境机械激励耦合，提升能量收集效能和输出功率。随着纳米发电机设计的不断改善及实用化发展，摩擦学问题逐渐成为制约器件性能进一步提升的关键因素，例如，当摩擦电荷密度较高时，表面会发生吸附并产生高摩擦，难以发生相对转动，效率极低，需要有效润滑，但润滑剂会抑制表面摩擦静电荷的产生，显著降低器件的输出。纳米发电机中的摩擦副结构形式、载荷条件及材料体系与传统机械装备有着明显的区别，使得现有的摩擦学设计并不能简单地套用到纳米发电机器件中，必须有针对性地开展研究。本报告将介绍最近发展的新型高性能摩擦纳米发电机，分析其中存在的摩擦学问题，探讨解决的途径。