柔性纳米发电机及器件的最新研究进展

董 慧,韩文佳,沈逍安

(齐鲁工业大学(山东省科学院) 生物基材料与绿色造纸国家重点实验室，山东 济南 250353)

1 前 言

智能可穿戴和便携电子设备近年来发展迅速，伴随着互联网技术的发展也为其注入新的活力，使其逐渐在医疗植入、环境健康监测、智能家居等领域发挥关键作用，成为人们日常生活的重要组成部分[1, 2]。微型化、续航持久、柔性高成为智能可穿戴电子设备及其配套支持系统(如供电系统)的重要发展方向。某些移动智能终端和微电子器件的耗电量已经从毫瓦(mW)量级减小到微瓦(μW)量级，可以预测，未来多功能的便携电子产品耗能会更低，在日常生活和可穿戴电子设备中的应用会越来越广泛。

目前，锂电池、铅酸电池等传统的供电方式仍是微电子系统和可穿戴设备主要的供电方式。然而，该类供电电源存在寿命短、柔性差、环境污染、体积大、维护频繁和需循环充电等局限性，限制了其在现代微型化智能可穿戴等电子设备中的稳定和安全应用。因此，开发一种绿色环保、安全、柔性高、可持续供电的新型微电子供电方案成为科研人员关注的热点。纳米发电机是王中林团队最早提出的通过收集环境中的微机械能转化为电能的供电装置[3]。因其独特的微型化、可持续供电和不依赖外部能源等特点，发现之初便引起微电子穿戴设备领域研究人员的广泛关注。纳米发电机目前主要有压电纳米发电机(piezoelectric nanogenerator，PENG)和摩擦电纳米发电机(triboelectric nanogenerator，TENG)2种实现方式，其分别利用压电材料和摩擦电材料在机械能作用下的电子迁移实现机械能与电能转换，也有研究人员通过这2种纳米发电机的复合来协同提高发电机的供电性能。……