利用摩擦纳米发电机的流体能量俘获研究新进展1)

李申芳 王军雷，2) 王中林

* (郑州大学机械与动力工程学院，郑州 450001)

† (中国科学院北京纳米能源与系统研究所，北京 101400)

引言

化石燃料过度消耗引起的能源危机成了世界面临的最严峻问题之一，探索从自然界中获取清洁能源是当前重要的研究热点[1，2].地球上大气层、海洋、河流等都蕴含巨大的清洁环境能源，这些流体所包含的机械能可通过不同的能量俘获技术转化为电能，为人们的日常生活、微机电系统和环境中的各类监测传感器等提供电力支持[3-6].

太阳能作为一种清洁能源，太阳能发电受天气影响十分严重[7].研究人员利用热电效应将环境中的废热能转化为电能为物联网设备供电，但热电技术容易受到环境温差的限制，应用范围有限[8].风能是环境中极为丰富的一种清洁能源，学者们基于电磁感应原理对风能俘获进行了许多研究并且取得了相当丰富的成果[9-13].随着无线传感器网络和微机电系统 (micro electro mechanical systems，MEMS) 技术的发展，研究人员利用压电效应来俘获风能，取得了颇为丰富的研究成果[14-19].此外，随着摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator，TENG)的发明和兴起[20]，其在自供电系统中展现出的巨大潜力引起了研究人员们广泛关注.两种材料间的接触起电和静电感应耦合效应是摩擦纳米发电机的基础.作为一种新型能量俘获技术，摩擦纳米发电机自发明以来在风能俘获转换中获得广泛的研究及应用[21-25].Jiang 等[26]利用基于银纳米颗粒的摩擦纳米发电机俘获风能，结合电源……