摩擦發電
關注創建者：琳泓comsol 創建時間：2019-09-02
摩擦發電的視頻教程
Comsol的三維摩擦發電入門詳解
根據摩擦發電的原理，設置一個三維模型案例，求解了隨著極板間距變化帶來的輸出電壓變化。 以下是摩擦發電組件的空間電場分布。 詳細的可以在視頻中了解，謝謝。
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摩擦發電的實例教程
基于comsol的摩擦發電動態仿真 ￥2200
<sup>[7]</sup><img> 在納米能源所，王中林團隊已開發出旋轉式直流<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%91%A9%E6%93%A6%E5%8F%91%E7%94%B5%E6%9C%BA/13475281" rel="nofollow">摩擦發電機</a>、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%88%B9%E8%BD%A6/70507" rel="nofollow">剎車</a>發電模擬裝置、自驅動無線觸摸報警器、柔性透明摩擦發電機、碟式寬頻摩擦發電機、腳踏式摩擦發電機、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%BD%AE%E6%B1%90%E8%83%BD/3553519" rel="nofollow">潮汐能</a>收集裝置等摩擦發電裝置。<sup> [8-9]</sup><img> 摩擦電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，還可以是車輪的轉動、機器的轟鳴等。<sup> [8-9]</sup><img> 將來只要正常走路，安在鞋里的摩擦電發電機就能隨時為你自己隨身攜帶的手機充電。與工業大規模發電不同，摩擦電發電機可以讓運動著的每個人都“發電”，可以讓司空見慣的摩擦、擠壓、墜落等現象都變成發電的動力源。未來，汽車剎車就能發電充電；如果把摩擦電發電機鋪在馬路上，每一輛駛過的汽車都能參與發電過程。（轉載至百度百科）</p><p><img>本模型制作了摩擦發電的最基本原理模型，在穩態分析的基礎上，升級為瞬態動態分析，并設置了極化方向隨摩擦接觸切換。
展開 隨著便攜式和可穿戴電子設備需求的迅速增長，織物基摩擦納米發（TENG）電機因其舒適性和易與服裝集成的特點，受到廣泛關注。然而普通織物基摩擦納米發電機，因輸出性能較低，限制了其在實際中的應用。如何有效提升普通織物的摩擦發電輸出性能是其實用化的重大挑戰。
鑒于此，湖南工業大學經鑫教授課題組提出了一種普適簡易的改性方法，通過碳納米管（CNT）和聚乙烯亞胺（PEI）的接枝實現了商用天鵝絨織物摩擦電性能的顯著提升。通過在織物表面引入碳納米管和酰胺鍵，一方面構筑了微納層級結構，另一方面提升了織物的正電性，使織物具備更高的電荷密度和摩擦納米發電性能。
圖1 天鵝絨織物改性原理及微觀形貌
本研究開發的織物基摩擦納米發電機具有良好的柔性、耐洗性、長期運行穩定性。并可獲得119 V的最高輸出電壓和12.6 μA的電流，在外接5×106 Ω負載時，實現了3.2 W/m2的最大功率密度，可作為小型電子設備的電源。
圖2 織物基摩擦納米發電機水洗測試（a,b,c）及摩擦發電性能（d-i）
研制的織物基摩擦納米發電機具備優異的壓力傳感性能，并能夠簡易地與織物集成實現觸覺傳感。研究還制備了適于冬天使用的手套界面，展現了織物基摩擦納米發電機在人機界面應用中的巨大潛力。
圖3 織物基摩擦納米發電機傳感性能
本研究為提升織物基摩擦納米發電機輸出性能提供了新的思路，并為織物基摩擦摩擦納米發電機和自供電傳感器的設計開辟了一條新的途徑。
展開 傳統的流體能量收集主要是基于電磁效應，這種方式雖然已經被廣泛用于大規模發電。然而，維護成本高、體積大、難以攜帶阻礙了它們在便攜式環境監測系統中的發展。近年來，基于接觸帶電和靜電感應原理的摩擦納米發電機（Triboelectric Nanogenerator, TENG）已經被證明是一種高效、經濟、且易于小型化的能量獲取方式。將摩擦納米發電機和無線環境監測傳感網絡結合，為長期環境監測提供了最佳解決方案。
【成果簡介】
近日，來自重慶大學的楊進教授和中科院北京納米能源與系統研究所的王中林院士（共同通訊作者）聯合在Nano Energy上發表文章，題為：“Wireless Self-Powered Sensor Networks Driven by Triboelectric Nanogenerator for in-situ Real Time Survey of Environmental Monitoring” 在這項研究中，首次通過變廢為寶的方式利用回收的牛奶盒作為摩擦發電單元制作了摩擦電納米發電機(AS - TENG)，其中牛奶盒本身材料是由聚乙烯(PE)、鋁箔(Al)和紙漿依次層壓而成，只需簡單處理就可作為摩擦發電機的發電單元。這種發電機可以實現對風能和水能的收集，并長期為無線環境監測節點供電。摩擦納米發電機因為采用了獨特的弧形結構設計，在和流體相互作用時產生渦激振動從而實現流體能量到電能的轉化。此外，開發了以弧形摩擦納米發電機為電源的自供電無線環境監測系統，在真實河流中進行流體能量采集，并實現了對河流水質(pH值)以及環境滑坡的長期監測和預警。
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中科院納米能源所李舟研究員、王中林院士團隊和北航樊瑜波教授團隊合作
展開 該研究成功制備了一種用于有效收集水波能的球形摩擦納米發電機，通過結構設計與優化，其輸出電流和輸出功率較以往工作均有較大幅度提高，顯示了納米發電機在大規模收集水波能中的潛在應用價值。
來源：高分子科學前沿
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基于comsol的滑動摩擦發電
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在物聯網時代，摩擦納米發電機(TENG)將周圍隨機、無序、低頻的機械能轉化為電能，被認為是解決能源供應問題的極具前景的技術一些極端情況或環境中的問題。在TENG的輔助下，自供電的戶外可穿戴監控系統可以實現并易于使用，這對于戶外愛好者從事長期徒步旅行或體育活動是非常必要的。在過去的幾年里，科學家們一直在努力提高TENG的輸出性能。
近日，該團隊研究員陳濤等與寧波大學副教授王文欽合作，基于Hofmeister效應，利用溶劑置換的方法制備了高強度抗撕裂導電水凝膠（BRCH）和以此構建的新型摩擦納米發電機（BRCH-TENG），有效增強了水凝膠的抗外力破壞能力，從根本上延長了H-TENG的安全使用壽命。該工作通過溶劑置換將有機凝膠中的二甲亞砜溶劑置換為電解質溶液，制備得到了高力學強度抗撕裂導電水凝膠。
基于摩擦生電和靜電感應耦合的納米摩擦電發電機(TENG)，因其優異的發電性能、結構簡單、重量輕、便攜性等優點已被廣泛用于開發下一代電源器件。盡管，已經有研究者報道利用水凝膠，有機凝膠用于制備柔性的自修復納米摩擦發電機，然而由于溶劑的揮發問題，這些器件相比于離子凝膠制備的納米摩擦發電機環境穩定性較差，因此利用超分子化學來制備具有穩定功能的離子凝膠對于柔性電子設備應用具有重要意義。
智能窗戶和光控電子設備
圖11 形狀記憶微/納米圖案生物醫學的潛在應用：A智能抗菌表面；B、C用于細胞生長的SMP微圖案；D微型機器人手臂上SMP微圖案的應用
圖12 形狀記憶微/納米圖案其他的潛在應用：A SMP微圖案用于構建3D電路；B納米摩擦發電機
在這項工作中，該課題組致力于設計一種基于摩擦電納米發電機和治療性納米顆粒響應性釋放模型的便攜式自供電納米復合傷口“修理器”。將逐層涂覆2-羥丙基三甲基氯化銨-殼聚糖（HTCC）、海藻酸鈉（ALG）和聚多巴胺/Fe3+納米顆粒（PFNs）組裝的膜與通過生物力學運動驅動的自供電納米發電機（SN）組合到納米復合修復器（HAP/SN-NR）中（圖1a，b）。
基于此，廣西大學王雙飛院士團隊聶雙喜教授課題組開發了一種冠狀摩擦納米發電機（C-TENG）用于提高光催化抗生素降解效率。C-TENG將水波能轉化為電能，在兩個電極之間產生一個外部電場，促進光生電子和空穴的有效分離，在5 m/s2的水波加速度下，80 min內四環素去除效率為95.89%。
基于摩擦起電和靜電感應原理的摩擦電納米發電機(TENGs)由于簡單的結構和優異的輸出性能，在能量采集和自供能傳感中得到了廣泛的應用。目前多數TENG存在著諸如制備工藝復雜，成本高，耐久性差，難以實現規?；a等問題。
在眾多的液體能量收集的技術中，液-固摩擦納米發電機具有器件簡易、輸出高、材料選擇廣泛等優勢。為了進一步提升摩擦納米發電機的輸出性能，研究人員開發了許多先進方法。其中，化學功能化策略不僅在增加電荷密度方面具有很大優勢，而且拓寬了摩擦電材料的選擇范圍，進一步拓寬了液-固摩擦起電的應用領域。同時，從分子水平改變材料的摩擦電特性，這種改性是持久和穩定的。
此外除了優異的電磁屏蔽性能，還應考慮在實際應用中對多功能的要求，如兼具導熱、焦耳加熱、摩擦發電、傳感、阻燃等。
