顆粒在線訊：摩擦納米發(fā)電機通過接觸起電和靜電感應可以廣泛地收集機械能，經過多年發(fā)展，摩擦納米發(fā)電機在機械能收集和自供電傳感方面展現(xiàn)出廣泛應用。接觸分離模式是摩擦納米發(fā)電機常見的工作模式，為了提高接觸分離式摩擦納米發(fā)電機的輸出信號，此前研究者做了很多工作。比如，對摩擦層表面進行微結構處理，增加表面電荷密度；針對接觸分離式摩擦納米發(fā)電機空間充足的特點，采用多層設計的辦法來增加儲存電荷的面積；通過為摩擦納米發(fā)電機增加電荷泵，突破摩擦層最大表面電荷密度的限制。上述策略都是以提高表面電荷量為目的。然而信號的大小不僅與電荷轉移量有關，還和電荷轉移速度有關。

　　近日，中國科學院力學研究所研究團隊與中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究團隊合作，提出了以提高電荷轉移速度為目的的新策略，并開發(fā)了接觸分離式的力學杠桿式摩擦納米發(fā)電機（圖1）。通過改變力學杠桿比來改變接觸分離速度，在不改變電荷轉移量的情況下也能大幅提高信號輸出。為了適應杠桿獨有的旋轉運動，研究人員將上摩擦層設計成弧形，研究了不同壓縮應變下弧形摩擦層的電學特性和力學特性。當放大倍數(shù)從22倍增大到50倍時，杠桿式摩擦納米發(fā)電機的電壓信號大小從91 V增加到232 V，最大功率從83 μW增加到1031 μW（圖2）。杠桿式摩擦納米發(fā)電機還可以作為自供電脈搏傳感器，在沒有經過表面預處理的情況下得到12.3 V的脈搏信號（圖3）。這項工作展示了一種提高接觸分離式摩擦納米發(fā)電機信號的新思路，在提高接觸分離式摩擦納米發(fā)電機的能量收集設備和自供電傳感器的信號方面擁有較大潛力。

　　該工作近期發(fā)表在Nano Energy上。

圖1 杠桿式摩擦納米發(fā)電機的模型及原理圖。(a)杠桿式摩擦納米發(fā)電機的模型；(b)角速度原理圖；(c)摩擦納米發(fā)電機的電流原理圖

　　圖2 杠桿式摩擦納米發(fā)電機的電學測量。（a）不同速度下和（b）不同位置下的信號測試；不同放大倍數(shù)下的（c）信號圖和（d）信號波形圖；（e）不同放大倍數(shù)下的功率圖；（f）22倍和（g）50倍放大下的電壓功率圖

　　圖3 杠桿式摩擦納米發(fā)電機的力學分析及脈搏測量應用展示。（a）杠桿式摩擦納米發(fā)電機的力學分析；（b）杠桿式摩擦納米發(fā)電機的動力學模型；杠桿式摩擦納米發(fā)電機的（c）位移-速度-時間圖和（d）幅度比-固有頻率比圖；杠桿式摩擦納米發(fā)電機測量脈搏的（e）實物圖和（f）信號圖；（g）杠桿式摩擦納米發(fā)電機測的脈搏信號大小和其他文獻的對比