接触-滑动-分离模式摩擦纳米发电机

1综述

Pub Date :2023-07-25

DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108738

Advances in nanogenerators for electrical power system state sensing and monitoring

用于电力装备状态感知与监测的纳米发电机应用进展

Nano Energy ( IF 17.6 )

Wuhan University

输配电设备状态感知是电网稳定、数字化、智能化的重要支撑。因此其需要创新的传感或监控方法来丰富电力物联网的感知层。纳米发电机，特别是摩擦纳米发电机（TENG）和压电纳米发电机（PENG），因其环境友好、设计灵活和高融合特性，在环境微纳能量收集和自供电在线监测方面表现出优异的性能。在此，本文系统总结了纳米发电机在能量收集和自供电状态监测方面在电网中具有潜在应用的最新进展，凸显了TENG以及PENG 用于输电线路、变压器和气体绝缘设备上的不可替代的优势，并提出了指导下一代智能电力系统纳米发电机发展的挑战和前景。

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108738

责编：树屋鼠

2材料优化

Pub Date :2023-07-25

DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108737

Triboelectric nanogenerators with ultrahigh current density enhanced by hydrogen bonding between nylon and graphene oxide

通过尼龙和氧化石墨烯之间的氢键增强设计具有超高电流密度的摩擦纳米发电机

Nano Energy ( IF 17.6 )

Mid Sweden University

摩擦层的摩擦电特性是影响摩擦纳米发电机（TENG）电流密度的重要因素。为了提高电流密度，人们开发了复合材料来调整其摩擦电性能。之前的研究报告称，复合材料的 TENG 性能得到了增强，这主要是基于其成分的改变，而对成分之间的化学相互作用的分析较少。在这项研究中，报告了一种通过氢键在尼龙膜和氧化石墨烯（GO）之间引入偶极-偶极相互作用来提高 TENG 电流密度的新方法。拉曼光谱证实了氢键相互作用的发生。通过开尔文探针力显微镜（KPFM）测量进一步分析了氢键的增强机制，表明氢键可以影响涂层GO的表面电位，从而导致尼龙/GO@NFM TENG（NGN-TENG）的输出增加。结果表明，仅用2×2cm2 的NGN-TENG便可获得1757 mA·m-2 的超高电流密度。此外，本文还演示了使用 NGN-TENG 作为运动传感器来感知手指运动的可行性。

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108737

责编：树屋鼠

3结构设计

Pub Date : 2023-07-25

DOI:10.1039/d3ee01290e

Contact-sliding-separation mode triboelectric nanogenerator

接触-滑动-分离模式摩擦纳米发电机

Energy & Environmental Science ( IF 32.5 )

Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems

耐久性是评价摩擦纳米发电机 (TENG) 性能的一个关键问题。为了解决这个问题，研究者们提出了采用滚动杆/球设计的 TENG 以减少表面磨损。然而，它们的线/点接触严重降低了摩擦电表面的电荷产生能力。因此，开发具有高输出性能和低界面磨损的TENG仍然是一个重大挑战。在这里，本文提出了一种接触-滑动-分离运动策略，以实现同时具有高输出性能和卓越耐用性的TENG。与接触分离模式TENG相比，接触滑动分离模式TENG（CSS-TENG）的电荷产生量增加了1, 000%，输出功率增加了35.6倍。CSS-TENG 在 200 k个循环后仍保留 99.8% 的输出。在直径为 50 毫米的情况下，每 10, 000 次循环平均摩擦层质量损失为 0.2 毫克。此外，还设计了集成器件，峰值功率密度达到18.0 W/m3。最后，经过电源管理，CSS-TENG 产生 3.7 mA 直流电，点亮 10 个 30 W 灯。这项研究解决了现有 TENG 的局限性，并为开发高性能 TENG 提供了一种有前景的解决方案。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D3EE01290E

责编：树屋鼠

4仿生纳米材料

Pub Date : 2023-07-26

DOI:10.1007/s12274-023-5725-8

Bioinspired nanomaterials for wearable sensing and human-machine interfacing

用于可穿戴传感和人机接口的仿生纳米材料

Nano Research ( IF 9.9 )

University of California

在传感和人机界面 (HMI) 技术中融入仿生学可以带来具有一致性、低功耗、高灵敏度以及自愈、自清洁和适应性等特性。传感和人机交互领域都充满了仿生纳米材料应用的机会，特别是当涉及到生物相容性是一个额外要求的可穿戴传感系统时。文中讨论了用于可穿戴传感和 HMI 的仿生纳米材料的最新发展，关注了最先进的仿生电容传感器、压阻传感器、压电传感器、摩擦电传感器、磁弹性传感器和电化学传感器。以及全面概述了阻碍学术界科学进步和行业商业化的挑战。

原文链接：
https://doi.org/10.1007/s12274-023-5725-8

责编：Hek

5能量收集

Pub Date : 2023-07-28

DOI:10.1016/j.enconman.2023.117456

Optimization of electromagnetic-triboelectric wind energy harvester based on coaxial reversed mechanism with tip discharge

基于尖端放电同轴换向机构的电磁-摩擦电风能发电机优化

Energy Conversion and Management ( IF 10.4 )

North University of China

近年来，摩擦电-电磁复合发电机的发展为低功耗城市设备的供能问题提供了一种经济高效的解决方案。然而，大多数摩擦纳米发电机(TENGs)的输出电流限制在µA范围内，限制了它们的广泛应用。此外，现有的电磁结构缺乏紧凑性和便携性。为了解决这些问题，文中提出了一种基于同轴换向机构和尖端放电的紧凑型摩擦电-电磁复合风能发电机。它通过侧壁尖端铜结构实现气体电离，并利用旋转过程中的TENG电荷积累来增加TENG的输出电流。与传统的TENG相比，该采集器将电流从μA级提升到mA级。此外，通过采用两个同轴换向螺旋桨在相同风速下对磁体和线圈进行同步换向，增强了磁通量的变化，提高了小体积电磁发电机(EMG)结构的输出性能。值得注意的是，EMG结构优于单个旋转线圈或磁铁，输出性能显著提高了12%。在城市平均风速下，将33 μF、100 μF、220 μF的电容器在1.6 s、2 s、3.6 s内充电至2.5 V。此外，它可以为500多个小型LED供电，并支持温度和湿度传感器的运行。由于其高效的风能收集技术，此能量采集器在自供电物联网(loT)应用中具有很大的前景。

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117456

责编：Hek

6织物

Pub Date : 2023-07-28

DOI:10.1002/adfm.202304809

Fabric-Based TENG Woven with Bio-Fabricated Superhydrophobic Bacterial Cellulose Fiber for Energy Harvesting and Motion Detection

采用生物制造的超疏水细菌纤维素纤维编织的织物 TENG用于能量收集和运动检测

Advanced Functional Materials ( IF 19.0 )

Huazhong University of Science and Technology

基于织物的摩擦纳米发电机(TENGs)具有优异的输出性能、灵活性和耐磨性。然而，织物结构通常会产生空隙，积聚污染物，从而削弱TENGs的性能和耐用性。为了解决这一挑战，本文提出了一种新型的生态友好型超疏水织物-基于超疏水导电细菌纤维素纤维(SEBC纤维)编织的TENG (SF-TENG)。为了构建持久的超疏水性，采用了一种独特的生物制造方法来制备壳核结构。具有生物合成壳核结构的SEBC纤维具有优异的导电性、机械性能、生物降解性和持久的超疏水性。SF-TENG的最大开路电压为266.0 V，短路电流为5.9 μA，输出功率为489.7 μW，可成功为秒表、计算器等设备供电。自清洁和防污能力保证了SF-TENG在液体倾倒等恶劣环境下的稳定输出性能。在此基础上，设计了基于SF-TENG的智能服装，对运动信号进行检测，并将其用于构建运动与健康监测系统作为深度应用。综上所述，本研究为设计和制备具有壳核结构的超疏水导电纤维提供了一种新的生物制造策略。SF-TENG展示了实用性、稳定性，并有望在恶劣环境条件下用于可穿戴设备。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202304809

来源：纳米发电机