徐敏义团队研究出新型防潮的旗形摩擦纳米发电机

来源：中国科学报

近年来，随着物联网技术的快速发展，各种无线传感网络应运而生。无线传感网络由区域内数以万计的传感器节点组成，在电气自动化、环境智能监测、车辆定位等有着广泛应用。然而，难以持续供电，成为暴露在自然环境中的传感器节点的重要问题之一。

摩擦纳米发电机作为高效的能量收集和转换新途径，在风能、水能、波浪能等各种机械能的收集转换中得到了广泛地拓展应用。其自供电的特性更为自然环境中设备运行的持续供能提供了一种理想方案。

备注：摩擦起电是一种很普遍的、很古老的现象，无论是梳头、穿衣还是走路、开车都能遇到。大概从古希腊时期开始，这个现象就几乎是每个科研工作者，甚至是每个人都知道的物理现象。但是，人们常常认为摩擦起电是一种负面效应，在许多情况下人们都通过各种技术途径来回避摩擦起电。2012年，美国佐治亚理工学院的王中林教授小组发明了基于摩擦起电效应和静电感应相结合的摩擦纳米发电机（Triboelectric nanogenerator，TENG），能够将机械能转化为电能。

近日，大连海事大学轮机工程学院教授徐敏义团队提出并系统性研究了一种新型防潮且自适应风向的旗形摩擦纳米发电机。不仅可在潮湿环境下高效收集不同方向的风能，还能测量风速，实现风速传感，为无线传感网络的供电问题提供了一种新颖的解决方案。相关研究成果发表于《纳米能源》杂志。

旗形摩擦纳米发电机

“传感节点的自驱动是传感器发展的重要方向之一。”论文通讯作者徐敏义告诉《中国科学报》，风能作为一种在自然界中广泛存在于的清洁能源，若对其进行采集并驱动传感节点工作，将是解决无线传感网络供电问题的一种理想方法。

论文第一作者、大连海事大学轮机工程学院博士生王岩介绍，过去研究报道了很多将有机介电薄膜置于框架结构中的摩擦纳米发电机，例如固定薄膜一端，在风的作用下，使薄膜自由端与固定电极拍打的模式；固定薄膜两端，薄膜与上下电极发生接触的模式，这些方法都取得了很好的发电的效果。

“然而，由于结构的限制，导致难以有效采集来自各个方向的风能。同时摩擦层与空气直接接触，导致在湿度较大的条件下其发电性能会被严重削弱。”王岩告诉《中国科学报》。

针对上述问题，徐敏义团队受到风吹旗子摆动这一常见现象的启发，提出了一种旗子形态的“抗湿”摩擦纳米发电机（flag-type TENG），用以高效采集风能。

徐敏义介绍，旗形摩擦纳米发电机的基本结构，是由两片附着导电油墨的PET薄膜（即柔性电极）和一片聚四氟乙烯（PTFE）薄膜叠加而成，同时采用双面胶将两个柔性电极与PTFE薄膜粘贴在一起对其进行密封。

“双面胶有一定厚度，使得柔性电极与PTFE薄膜间形成了一个空隙。当风吹动旗子摆动时，由于柔性电极与PTFE薄膜的变形幅度不同，PTFE薄膜会与柔性电极产生摩擦，根据摩擦起电原理，PTFE薄膜与柔性电极的表面会带上等量的异种电荷。随着PTFE薄膜与两侧柔性电极产生周期性的接触分离，在连接两个电极的电路中就产生了交变电流，于是就实现了风能向电能的转化，就发出电了。”徐敏义解释说。

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原文标题：科学家研发出新型防潮且自适应风向的旗形摩擦纳米发电机

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