摩擦納米發電機
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
摩擦納米發電機的實例教程
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 ：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 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
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 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。
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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，難以實現規模化生產等問題。
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。
鑒于此，大連理工大學賓月珍教授團隊
選擇環保
的天然橡膠（NR
）
作為BP
的
“增韌
劑
”，通過簡單的真空過濾方法，制備了NR
增韌BP
（簡稱NR-BP
），制備的NR-BP
兼具柔韌性和高電導率，拓展了其在電磁
屏蔽，導熱，焦耳加熱和
摩擦納米發電機（TENG
s）等領域的應用
柔性多功能光-電傳感材料的TENG性能
如圖4，由于絕緣的靜電紡絲熒光纖維膜具有較強的摩擦電正性和良好柔韌性，MXene/CNT協同導電網絡表現出優異的電子傳輸能力，這使得雙電極模式的摩擦納米發電機（TENG）展示出優異的摩擦電輸出性能，包括開路電壓（VOC=540 V）、短路電流（ISC=42 μA）、短路電荷（QSC=317 nC）和較高的能量功率密度（7.42
