摩擦電納米發電機的案例
新型摩擦電納米發電機：可利用人體運動實現無線供電！
導讀
近日，美國克萊姆森大學的科研人員開發出摩擦電納米發電機的無線版本，也稱為“W-TENG”，離利用摩擦電這一綠色能源進行無線供電的目標又更近了一步。
背景
摩擦起電是我們日常生活中經常遇到的一種物理現象，無論是梳頭、穿衣還是走路、開車時都時常會遇到。但是，摩擦電很難被收集和利用，因此它的價值往往被人們所忽視。
不過，去年筆者曾介紹過中國科學院、重慶大學、美國佐治亞理工學院、臺灣科技大學等科研機構的科研人員組成的團隊，在中華民族傳統的剪紙藝術啟發下，利用了摩擦電，開發出一種輕量的、剪紙式樣裝置，采集來自人體運動的能量。
（圖片來源：美國化學會）
其中的核心技術就是：摩擦電納米發電機（TENG）。它能夠采集我們四周的機械能為電子設備充電。舉個例子，未來我們可以在鞋子中安裝摩擦電發電機，只要正常走路，就可以為自己隨身攜帶的手機充電。
接下來，簡單介紹一下TENG 的發電原理：在TENG 的內部電路中，由于摩擦起電效應，兩個摩擦電極性不同的材料薄層之間會發生電荷轉移，從而在二者之間形成電勢差；在TENG 的外部電路中，電子在電勢差驅動下，在分別粘貼在摩擦電材料層背面的兩個電極之間或者電極與地之間流動，從而來平衡這個電勢差。
然而，還是有不少人懷疑摩擦電納米發電機的可行性和實用性。之后，筆者在《可穿戴設備通過人體運動供電，可行嗎？》文章中，介紹了韓國三星綜合技術研究院的一項最研究。該研究證明：摩擦電納米發電機能夠滿足小型可穿戴設備和便攜式電子設備的能耗需求。
（圖片來源：參考資料【2】）
創新
近日，美國克萊姆森大學納米材料研究所（CNI）的研究人員離使用摩擦電（一種綠色能源）為世界無線供電的目標又更近了一步。
展開 Nano Energy：變廢為寶的摩擦納米發電機所驅動的無線傳感網絡及環境監測應用
不同風速下以及不同特征尺寸的弧形摩擦納米發電機的電學性能表征
(a) 不同長度L對應的器件在不同風速下的開路電壓圖；
(b) 不同長度L對應的器件在不同風速下的短路電流圖；
(c) 不同長度L對應的最大電壓和電流；
(d) 不同間距H對應的器件在不同風速下的開路電壓圖；
(e) 不同間距H對應的器件在不同風速下的短路電流圖；
(f) 不同間距H對應的最大電壓和電流；
(g) 最優的開路電壓和短路電流圖；
(h) 不同外部負載電阻下的輸出電壓和電流；
(I) 不同的外部負載電阻下的輸出功率。
圖4. 風力作用下弧形摩擦納米發電機的供能裝置及其應用
(a) 利用弧形摩擦納米發電機為無線傳感器供電的電路圖；
(b) 利用弧形摩擦電納米發電機驅動248盞LED燈；
(c) 無線水質監測系統的照片，該系統由一個無線pH傳感器節點、一個接收器、兩種不同pH值的溶液和兩個弧形摩擦納米發電機組成；
(d) 當pH值小于5時，水質監測系統發出警報。
圖5. 河流流體能驅動下的環境水質及滑坡監測應用示意
(a) 由弧形摩擦納米發電機陣列供電的無線滑坡預警系統示意圖；
(b) 弧形摩擦電納米發電機在河流中驅動480盞LED燈；
(c) 河流中由弧形摩擦電納米發電機陣列供電的無線水質監測；
(d) 由弧形摩擦電納米發電機陣列供電的滑坡預警監測。
展開 中科院納米能源所王杰&王中林團隊《JMCA》：基于介電材料選擇和表面電荷工程的抗高濕度摩擦電納米發電機
作為一種革命性的能量收集技術，摩擦電納米發電機（Triboelectric Nanogenerator，簡稱TENG）不僅提供了一種可持續、分布式能源供給技術，而且構建了無需外部電源的自供電系統，具有成本低、質量輕、材料選擇廣、低頻下轉換效率高等優勢。然而，高濕環境中水分子形成的導電通路引起的表面電荷耗散，顯著降低TENG的輸出性能，從而影響其能量收集和長期穩定運行。課題組前期通過電荷快速積累技術(Advanced Energy Materials, 2021, 2100050)及雙電容增強技術(Advanced Energy Materials, 2021, 2101958)，已顯著提升TENG高濕環境下輸出性能。但環境濕度對TENG表面電荷的影響機制尚不清楚。因此，需要一種有效的策略來提高TENG在高濕環境下的輸出性能，并進一步研究高濕環境下表面電荷的衰減機理。
近日，中國科學院北京納米能源與系統研究所王杰研究員與王中林院士領導的科研團隊提出通過介電材料選擇和表面電荷工程，提出了一種新型抗高濕度TENG。以接觸-分離模式TENG為測量工具，系統地研究了相對濕度對常用介電材料表面電荷衰減的影響。結果表明，介電材料表面剩余電荷量隨介電材料疏水性的增加而增加，高濕環境下更為明顯。此外，表面電荷的衰減與電荷種類有關，濕度條件下離子電荷比電子電荷更穩定。通過耦合高疏水介電材料聚四氟乙烯和離子注入法，TENG在90%相對濕度的極端環境下連續運行50000次，仍保持了高達91%的輸出性能。
展開 摩擦電納米發電機的機械能轉換系統:動力學和振動設計
基于桁架結構的摩擦電-壓電混合納米發電機
(a)基于桁架結構的PE-TE混合發電機的動力學分析。(b) PNG和TENG使用輸入頻率為11?Hz的桁架結構的輸出性能。(c)菱形網格結構TENG的示意圖，以及(d)其輸出功率隨單元數量變化的示意圖。
3.4. 基于螺旋彈簧的TENG系統
圖10. MFR-TENG系統
(a) MFR-TENG系統示意圖。(b) MFR-TENG系統的輸入能量存儲部分。(c) MFR-TENG系統的能量釋放部分。(d) MFR-TENG在10、20、30、40和50?Hz頻率下的調節輸出電壓。(e)比較不同TENG頻率下的輸出TENG電流和變壓器電流輸出。
4. TENGs振動能量轉換系統
在這一部分，作者回顧了文獻中發現的各種TENG振動系統設計。如前所述，大多數振動系統設計基于螺旋彈簧、懸臂梁彈簧或固定梁彈簧。盡管文獻中已經報道了其他新穎的振動TENG設計，例如基于球的結構、夾層彈性波浪結構和彈性多單元TENG結構，但是本文僅關注三種主要振動結構以及設計參數對TENG頻率響應輸出的影響。
4.1. 基于螺旋線圈彈簧的TENG系統
圖11. 基于螺旋彈簧的TENG振動能量轉換系統
實驗確定振動TENG (a)帶寬和(b)阻尼的方法。具有(c)面外運動和(d)面內運動的多方向TENG的電壓和電流輸出頻率響應。(e)串聯TENG系統設計，具有垂直堆疊布置。戰略設計的串聯TENG的電壓輸出頻率響應。
4.2. 懸臂梁彈簧式TENG系統
圖12.
展開 
濟州大學《AEM》綜述：摩擦電納米發電機摩擦層和電極材料
摩擦電納米發電機(TENG)于2012年首次開發，已成為全球研究界理想的能源來源。TENGs的流行歸因于其重量輕、成本低、產量高、材料和器件設計廣泛。TENG已被研究用于許多應用，包括傳感、植入式電源、醫療保健和生物醫學應用。由于電荷密度(σ)是一種材料特性，因此TENGs的性能在很大程度上取決于材料。此外，還研究了2D材料作為傳統金屬電極的替代材料。聚合物和金屬在傳統摩擦電系列中的主導地位促使研究人員探索新材料，以擴大應用范圍，提高TENGs產量。
來自濟州大學的研究人員綜述了TENGs摩擦層和電極材料的研究進展。詳細討論了輸出增強的機理和器件的應用。最后，對TENGs材料發展的未來和相關挑戰進行了展望。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/aenm.202101170
本文從器件應用的角度系統地闡述了騰騰材料的研究進展。為了更清楚、更好地理解TENGs產量的提高機理，本文對其增產機理進行了逐一總結，并提供了相關資料。介紹了TENGs的基本知識、工作原理、器件模式和FOM。材料領域的巨大進步讓TENGs離商業化又近了一步。隨著新材料、電源管理電路和穩定器件的發展，可以取代或擴展電池等傳統電源。（文：SSC）
圖 1. TENG 的四種工作模式。
圖2.TENG中用作摩擦和電極材料的材料示意圖，包括2D材料、MOF、COF、天然材料和鐵電材料。
圖 3. 基于 2D 材料的 TENG 中主要里程碑的時間表。
圖4.A)G-TNG器件制作示意圖。B)石墨烯的輥對輥轉移過程和具有相應電壓輸出的TENG的三維設計。
展開 吉林大學李洋課題組《Nano Energy》：高強度自修復離子凝膠用于制備高機械性和環境穩定性的納米摩擦發電機
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。特別是具有高強度、高抗壓性能的自修復離子凝膠，對于制造下一代柔性自修復納米摩擦電發電機具有很大的吸引力。
吉林大學化學學院超分子結構與材料國家重點實驗室李洋副教授課題組長期從事自修復離子凝膠功能化研究。致力于通過超分子作用力來合成兼具自修復性能、機械性能與電學性能的離子凝膠并應用于各類柔性電子器件。近年來，該課題組在自修復離子凝膠制備電子器件方面取得了一定進展，制備了具有高機械強度與高離子電導率的自修復離子凝膠傳感器(ACS Appl. Mater. Interfaces2020, 12, 57477?57485).基于在制備自修復功能材料與離子凝膠方面的寶貴經驗，近期該課題組設計并報道了一種高拉伸強度和優異抗壓縮性能自修復離子凝膠，并用于制備具有優異環境穩定性能的摩擦電納米發電機。作者首先利用丙烯酸(AA)與二水乙酸鋅和ZnO納米粒子(ZnO NPs)在1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽([Emim][OAc])中的原位聚合，制備了PAA-Znx/ZnOm/ILn離子凝膠,其中x為二水乙醋酸鋅與AA的摩爾比，m為ZnO NPs與AA的質量比，n為[Emim][OAc]與AA和ZnO的質量比（圖1）。一方面聚合物網絡內羧基與Zn2+之間的可逆動態鍵賦予離子凝膠良好的室溫自修復性能;另一方面聚合物鏈與ZnO NPs之間的纏結作用大大提高了離子凝膠的機械強度。
展開 王中林院士團隊Nano Energy : 柔性摩擦納米發電機與柔性電池集成構筑可穿戴的自充電電源組
最近，摩擦納米發電機(TENGs)因其收集機械能并將其轉化為電能而備受關注。TENG可以從日常人體運動中獲取能量，為LIB等儲能設備提供能量。研究人員已經將TENG與各種儲能裝置集成以形成自供電系統。
【成果簡介】
近日，中科院北京納米能源與系統研究所王中林院士、孫春文研究員、西班牙馬德里材料研究所José Antonio Alonso教授(共同通訊作者)等將柔性摩擦納米發電機(TENG)與柔性電池集成構筑可穿戴的自充電電源組，并在Nano Energy上發表了題為“Structural and Electrochemical Properties of LiMn0.6Fe0.4PO4 as a Cathode Material for Flexible Lithium-ion Batteries and Self-charging Power Pack”的研究論文。作者首先通過中子粉末衍射(NPD)技術研究了Fe摻雜對LiMnPO4(LMP)結構的影響。所制備的LiMn0.6Fe0.4PO4/碳(LMFP/C)材料在1C的電流密度下顯示出90 mAh·g-1的較高比容，是LiMnPO4/C的約5倍，其具有1000次循環以上的出色循環性能。電化學性能的改善應歸因于(Mn,Fe)O6的較高八面體畸變以及LMFP中鋰的各向異性橢球較少而易于Li擴散。之后，作者進一步組裝了具有LMFP/C正極和原位聚合電解質的柔性LIB，其表現出優異的柔韌性和可循環性。彎曲300次后，電池沒有明顯的性能下降。最后，作者將柔性摩擦電納米發電機(TENG)與柔性電池集成，形成可穿戴的自充電電源組。TENG可以收獲機械能并將其轉換成電能，為電池充電進而為柔性電致變色膜提供能量。
展開 鄭大申長雨院士、劉春太教授團隊米皓陽教授課題組《Nano Energy》：超臨界CO2發泡助力摩擦納米發電機的綠色制造
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。傳統TENG往往將金屬電極置于器件外側，不僅影響了器件的柔性和舒適性，而且金屬電極容易在長期使用中被氧化或腐蝕，導致穩定性降低。在接觸分離式TENG中，通常需要使用墊片或彈簧來保持正負電材料間的空氣間隙，這無疑增大了器件的厚度和靈活性；長期使用中墊片或彈簧的滑動也會造成TENG穩定性的降低。因此，克服以上問題，研發高輸出、高穩定性的TENG綠色、規模化制備新方法是拓展其工程應用的關鍵。
鄭州大學申長雨院士、劉春太教授團隊米皓陽教授課題組在《Nano Energy》期刊上發表了題為“Green Fabrication of Double-sided Self-supporting Triboelectric Nanogenerator with High Durability for Energy Harvesting and Self-powered Sensing”的文章（DOI：10.1016/j.nanoen.2021.106827）。基于環保和可持續理念，研制了具有超高耐久性和穩定性的雙面自支撐式摩擦納米發電機(DS-TENG)。利用真空熱壓工藝和超臨界二氧化碳(scCO2)發泡技術，通過在內部嵌入不銹鋼網電極，一次成型具有凹凸陣列表面結構的多孔熱塑性聚氨酯(TPU)泡沫，并使用硅橡膠（Ecoflex）薄膜作為負極材料組裝了納米發電機與自供能柔性傳感器。
展開 AEM：滑移式電荷泵穩壓增流技術提升摩擦納米發電機性能
：基于摩擦納米發電機的自驅動虛擬電觸覺系統
納米能源所王中林院士團隊《ACS Nano》：摩擦納米發電機作為探針來揭示水滴-聚合物接觸起電的電子轉移機理
北京大學付恩剛教授課題組與中科院納米所陳翔宇研究員和王中林研究員課題組合作：在摩擦納米發電機材料領域取得重要進展
北石化楊丹副教授聯合中科院納米能源所陳翔宇研究員《Nano Energy》：利用摩擦納米發電機驅動離子聚合物金屬復合材料取得進展
中科院納米能源所王中林院士和陳翔宇研究員綜述：通過摩擦納米發電機的高電壓直接驅動的電響應材料和器件
寧波材料所陳濤研究員團隊與納米能源所王中林院士、潘曹峰研究員團隊合作《AM》：開發出自修復、可粘附高分子水凝膠柔性觸摸屏
中科院納米能源所王中林院士和楊亞研究員《Sci. Adv.》：柔性多功能觸覺傳感器
王中林院士團隊《Adv. Mater.》
展開 河南大學程綱Advanced Functional Materials: 摩擦納米發電機的無源高效電
摩擦納米發電機 (TENG) 作為一種全新的能源獲取方式，通過摩擦起電與靜電感應的耦合，可以將環境與人體運動產生的機械能直接轉化為電能。相比于傳統的電磁感應發電機，其在低頻機械能的收集中具有優勢，并且具有結構簡單、成本低廉的優點。目前，TENG不僅可以收集風能、振動、水滴、水流、波動的能量，也可以發展光、氣體、聲音、脈搏、溫度等自驅動傳感系統。TENG的輸出具有電壓高、電流低的特性，需要使用電源管理電路（PMC）將其電能高效存儲起來，以滿足小型電子器件的供電要求。但是，TENG的輸出阻抗大，與PMC的阻抗不匹配，是發展高效PMC所面臨的重要問題。
【成果簡介】
近日，河南大學特種功能材料教育部重點實驗室程綱教授在Advanced Functional Materials上發表了題為“High energy storage efficiency triboelectric nanogenerator with unidirectional switch and passive power management circuit”的文章。報道了一種單向開關式摩擦納米發電機 (TENG-UDS)，并將其應用到電源管理電路 (PMC) 中。TENG-UDS的等效阻抗小于1 kΩ，可以在1 kΩ到1 GΩ的負載范圍內保持輸出能量的最大化，不受負載電阻的影響。而且由于開關中雙觸頭的設計，無需整流實現了單向的電學信號輸出。在此基礎上，設計了由電感、二極管和儲能電容等簡單原件組成的無源PMC。理論計算結果表明，該無源PMC的總能量存儲效率可以達到75.8%。在對10 μF電容的實際充電測試中，總能量存儲效率可以達到48.0%。演示結果表明，利用此PMC所存儲的電能可以驅動商用電子表和高亮度的QLED器件。
展開 中科院北京納米能源所王中林院士Nano Energy：由3D打印制成的三維超柔性摩擦納米發電機
由于固有轉換機理，傳統的電磁發電和硅基太陽能發電等很難實現高柔性。與此相比，基于柔性高分子材料的摩擦納米發電機（Triboelectric Nanogenerator, TENG），通過耦合摩擦起電效應和靜電感應實現了機械能量收集并轉化為電能，已有報道指出，在較強外力作用下和形變過程中仍然能夠保持安全性、高效性和穩定性，這一點非常重要?；谝陨厦枋觯琓ENG作為自驅動超柔性電源顯示出巨大的研究潛力；同時其還具備結構簡單、材料選擇廣泛、成本低的實用價值。
【成果簡介】
近日，在中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士（通訊作者）的帶領下，課題組陳寶東博士后、唐偉副研究員和蔣濤副研究（共同一作）等人首次研究了一種實用的超柔性三維摩擦納米發電機（3D-TENG），它可以從低頻的生物運動中獲取能量并轉化為電能，來驅動電子器件或為其充電；更加重要的是，該發電設備是通過獨特的增材制造技術——混合3D打印實現的。不同于之前基于電介質薄膜作為摩擦電材料的TENG，這種超柔性3D-TENG使用打印的三維復合樹脂結構（具有1μm的高印刷精度）和離子水凝膠作為摩擦帶電層和電極，實現了TENG的超柔性三維發電結構和高密度集成。它可以應用于生物力學的能量收集（如通常小于3赫茲的人體運動），在約1.3Hz的低頻下，瞬時峰值功率密度達到了10.98W/m3，轉移電荷密度為0.65mC/ m3。此外，通過自組的自驅動可穿戴設備成功地展示了其實用性、創造性和新穎性，即野外自驅動LED閃爍和蜂鳴器SOS求救信號系統、自驅動智能LED照明鞋以及充電功能。相關成果以題為“Three-dimensional ultraflexible triboelectric nanogenerator made by 3D printing”發表在了Nano Energy上。
展開 
王中林院士Nano Energy：電荷泵浦實現超高電荷密度摩擦納米發電機
【本文亮點】
（1）提出了一種浮置層結構，可以積累并束縛超高密度電荷，用于靜電感應
（2）設計了一種電荷泵，可以持續地向浮置層中泵送電荷
（3）在普通環境條件下，基于浮置層結構和電荷泵的電荷自泵浦TENG集成器件實現了1020μC/m2的超高有效表面電荷密度
（4）這項工作提出了一個簡單而普遍的策略，可以大幅提高TENG的電荷密度以及輸出
【引言】
摩擦納米發電機（triboelectric nanogenerator, TENG）的工作原理基于摩擦起電及靜電感應效應。表面電荷密度對于摩擦納米發電機的性能至關重要。一般而言，TENG的輸出功率與表面電荷密度呈二次方關系。在一定的接觸或摩擦強度下，電荷密度主要受限于兩個方面的因素：一是具有一定表面形貌的摩擦材料配對的摩擦起電能力，二是由氣隙擊穿引起的電荷損失?，F有已提出了基于材料選擇、表面改性、結構優化或環境控制等多種方法以提高電荷密度，但是這些方法仍存在著很多方面的限制，在電荷穩定性上還存在問題，或在封裝等方面提出了較高的要求。
【成果簡介】
近日，在中國科學院北京納米能源與系統研究所所長、佐治亞理工學院校董教授王中林院士和張弛研究員（共同通迅作者）的帶領下，許亮博士和布天昭等人組成的研究團隊為提高TENG器件的電荷密度，設計了一種具有浮置層結構和電荷泵浦能力的電荷自泵浦摩擦納米發電機（self-charge-pumping triboelectric nanogenerator, SCP-TENG）器件。所設計的浮置層結構可以積累并束縛超高密度電荷，并產生靜電感應效應，電荷泵浦可以持續地向浮置層中泵送電荷，基于兩者的SCP-TENG器件在普通環境條件下，實現了1020μC/m2的超高有效表面電荷密度，達到了空氣擊穿電荷密度閾值的4倍左右，創造了新的電荷密度記錄。
展開 王中林院士團隊：基于彈簧輔助多層結構的球形摩擦納米發電機高效水波能量收集
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
王中林教授《ACS Nano》：電荷補償機制實現摩擦納米發電機穩定超高電壓輸出
摩擦納米發電機（Triboelectric nanogenerator, TENG）被認為是一種高開路電壓的器件，并已應用于驅動離子源、等離子源、靜電紡絲及介電彈性體等，然而，要達到數千伏的高壓往往需要較大的器件面積、較高的摩擦力或者外加倍壓電路，并不能完全滿足實際應用的需求；此外，文獻中報道的開路電壓值也具有較大的離散性。如何利用TENG在微弱機械驅動下高效率產生穩定高電壓輸出是一個需要解決的重要課題。
近日，中國科學院北京納米能源與系統研究所所長、佐治亞理工學院終身校董事講席教授王中林及華中科技大學教授尹周平等領導的研究團隊成功研制出了一種利用電荷補償機制實現TENG穩定超高電壓輸出的方法。研究人員發現，通過在TENG中引入一個由高壓二極管構成的電荷補償通道，可以顯著提升TENG的開路電壓，對于接觸分離式TENG，開路電壓可由約230V提升到3300V以上，提升了10余倍，如果對發電機進行并聯或電暈極化，輸出的開路電壓可進一步提升，最高可達到7000V，同時實現了將高壓電容充電到數千伏。以上高電壓都可以在輕輕按壓TENG的情況下實現穩定輸出。研究人員還設計了實驗方法，對上述高電壓進行了直接測量表征。該電荷補償機制的工作原理是通過二極管對開路情況下TENG兩電極中的耗散電荷自動進行補償，從而使電極中的電荷分布維持在最有利于產生高電壓輸出的狀態。通過相關理論分析也解釋了實驗中測得的開路電壓具有離散性的原因?；诖烁邏篢ENG制作了自驅動靜電吸附系統，通過按壓TENG為靜電吸盤供給高壓電，成功實現了對導體、半導體及絕緣體的吸附及操縱，并實現了吸附重量約0.35Kg的重物。此工作提出了一種基于TENG的穩定超高電壓源及高電壓產生機制，由于該機制的普適性，也將可應用于其它模式TENG的電壓增強，在各種需要輕便、柔性、低成本的超高電壓源的場合具有廣闊的應用前景。
展開 河南大學Nano Energy: 基于摩擦納米發電機氣體放電的自驅動CO2氣敏傳感器
近年來，摩擦納米發電機(TENG)作為一項新能源技術，能夠從環境和人體中收集機械能并將之轉化為電能，同時可應用于各種自驅動的傳感器。TENG具有高電壓、低電流和高阻抗的特性，其高電壓容易引起氣體放電，限制了表面摩擦電荷密度的提高。合理的利用TENG高壓引起的氣體放電可以拓展TENG的應用范圍。由于常溫常壓下，每種氣體都有其獨特的放電特性，因此，可以開發出在室溫下工作，具有高檢測靈敏度并且不需要外部電源的新型自驅動氣敏傳感器。
【成果簡介】
近日，河南大學特種功能材料教育部重點實驗室程綱教授在Nano Energy上發表了題為“The self-powered CO2 gas sensor based on gas discharge induced by triboelectric nanogenerator”的文章。利用摩擦納米發電機引起的氣體放電對CO2的高敏感性，發展了一種新型自驅動CO2氣敏傳感器。當CO2加入到N2中時，放電過程中產生的 CO2- 會阻礙等離子體的形成，這會增加氣體放電的閾值電壓并改變放電特性。基于這些現象，提出了不同類型的CO2氣體傳感模式。第一種模式是閾值濃度檢測模式，當CO2濃度達到閾值時，通過使用放電停止現象實現CO2的高靈敏度檢測。基于放電頻率和放電電流對CO2濃度的依賴性，提出了臺階檢測模式和連續檢測模式，可用于檢測CO2濃度低于閾值濃度的氣體濃度。以此為基礎，本篇工作開發了一種基于摩擦納米發電機引起的氣體放電的自驅動CO2氣敏傳感器。通過三種檢測模式實現了對CO2室溫下、高靈敏且不需要外部電源的檢測。河南大學碩士研究生趙珂和青年教師顧廣欽博士是本文的共同第一作者，河南大學程綱教授和杜祖亮教授是本文的共同通訊作者。
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