淺談暨南大學(xué)在摩擦電納米發(fā)電機(jī)研究取得進(jìn)展

近日，暨南大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院唐群委教授課題組在ACS Nano （IF=14.588）上發(fā)表題為“Nodding Duck Structure Multi-track Directional Freestanding Triboelectric Nanogenerator toward Low-Frequency Ocean Wave Energy Harvesting”的研究論文，暨南大學(xué)為第一通訊單位，劉利強(qiáng)博士為第一作者，暨南大學(xué)楊希婭副教授和唐群委教授為共同通訊作者。

發(fā)展海洋能量轉(zhuǎn)換技術(shù)是優(yōu)化海洋能源結(jié)構(gòu)、拓寬“藍(lán)色經(jīng)濟(jì)”領(lǐng)域的戰(zhàn)略要求，摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)為高效捕獲波浪能提供了一種潛在的方法。近年來(lái)，TENG的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逐漸從液-固接觸式轉(zhuǎn)變?yōu)榛讵?dú)立層滑動(dòng)模式的球形結(jié)構(gòu)，因?yàn)榍蛐谓Y(jié)構(gòu)易于漂浮在海面上，能夠捕獲多向波。

然而，球形結(jié)構(gòu)的TENG將不可避免地遇到與波浪同時(shí)運(yùn)動(dòng)而不受約束的情況，這將嚴(yán)重影響波浪能轉(zhuǎn)換效率。因此，TENG內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題不僅要充分利用內(nèi)部空間進(jìn)行波浪能采集，而且要最大限度地提高波浪能向TENG動(dòng)能的轉(zhuǎn)化效率。

該項(xiàng)目報(bào)道了一種用于低頻波浪能采集的多軌道獨(dú)立層式摩擦納米發(fā)電機(jī)（NDM-FTENG），系統(tǒng)研究和優(yōu)化了軌道數(shù)、連接方式、振蕩頻率和振蕩幅度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)NDM-FTENG電學(xué)輸出性能的影響。在波浪振蕩頻率為0.21 Hz和擺幅為120°的條件下，單個(gè)NDM-FTENG測(cè)得最大開(kāi)路電壓為507 V，可獲得4 W/m3的最大瞬時(shí)功率密度，同時(shí)點(diǎn)亮320個(gè)LED燈。

NDM-FTENG使用約兩個(gè)月后電學(xué)輸出性能基本沒(méi)有衰減，具有良好的穩(wěn)定性和耐用性。NDM-FTENG被證明是在真實(shí)的波浪環(huán)境中驅(qū)動(dòng)小型電子器件的有效裝置，并且通過(guò)將更多的NDM-FTENG裝置并聯(lián)在一起，形成一個(gè)面向大規(guī)模藍(lán)色能源收集的網(wǎng)絡(luò)，擁有進(jìn)一步增大波浪能發(fā)電功率的巨大潛力。

據(jù)悉，項(xiàng)目得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，廣東省自然科學(xué)基金，廣東省基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金，中央高?；究蒲许?xiàng)目和中國(guó)博士后科學(xué)基金的資助。近年來(lái)，唐群委和楊希婭等教師組成的科研團(tuán)隊(duì)，圍繞高性能駐極體制備、混合效應(yīng)能量采集、摩擦電荷密度提升等關(guān)鍵問(wèn)題，致力于人體動(dòng)能、波浪能等低頻機(jī)械能轉(zhuǎn)換材料與器件的研發(fā)，獲得了一系列創(chuàng)新性研究成果。

論文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.1c00345

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