程綱課題組在Nano Energy上發表系列研究成果

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基於靜電振動開關的脈沖摩擦納米發電機的結構圖及其表面形貌圖

近日,特種功能材料教育部重點實驗室程綱教授課題組在摩擦納米發電機電學輸出調控方面的研究出現新突破,系列研究成果在國際頂級期刊Nano Energy上發表(影響因子12.343),分別刊登於2018年44卷、46卷。

近年來,摩擦納米發電機(TENG)成為將機械能轉化為電能的新技術,並在能量采集、自驅動傳感器等諸多領域展現出廣闊的應用前景。然而,TENG具有輸出阻抗高、阻抗適配范圍窄的問題,限制瞭其應用。2013年,程綱課題組基於機械觸發開關發展瞭脈沖式TENG,成功解決瞭TENG的阻抗匹配問題(ACS Nano, 2013)。此後,通過機械觸發開關與不同工作模式之間的配合,程綱課題組發展瞭單電極式(Adv. Funct. Mater., 2014)、轉動式(Nano Energy, 2015)、多摩擦層結構(Adv. Energy Mater., 2015)等多種模式的脈沖TENG,為TENG的高效電源管理和自驅動傳感奠定瞭基礎。但是,之前的脈沖式TENG使用外部機械觸發或電路觸發,需要進行精心的結構設計和電路調控,增加瞭加工難度和制作成本。

最近,程綱課題組在前期研究的基礎上,發展瞭TENG的空氣放電開關(Nano Energy, 2018, 44, 208-216)和靜電振動開關(Nano Energy, 2018, 46, 220-228),其中,開關的閉合由TENG自身的電壓來控制,具有自適應的能力,原則上可以將脈沖式TENG的應用范圍擴展到任意形式機械能的高效收集中。這些方法為多功能脈沖TENG的制備以及高性能自驅動傳感系統的研發提供瞭重要的技術支撐。

河南大學程綱教授、杜祖亮教授以及美國佐治亞理工學院王中林院士是論文的共同通訊作者,河南大學是論文第一署名單位。研究工作受到國傢基金委優秀青年科學基金以及河南省中原學者等項目的資助。