《纳米能源》发表我校研究团队在纺织基摩擦纳米发电器件领域的最新研究成果

来源:必赢亚洲体育 发布时间:2019-03-21访问量:519

 近期,我校必赢亚州366net郭建生课题组在可穿戴纳米能源领域取得了系列进展,相关研究成果以《用于多种能量收集具有空气间隔-密封结构的摩擦纳米发电机》(Versatile triboelectric nanogenerator with a hermetic structure by air supporting for multiple energy collection, DOI:10.1016/j.nanoen.2019.02.018)为题,发表于国际著名期刊《纳米能源》(Nano Energy)上。该论文第一作者是必赢亚州366net博士生张志,通讯作者是郭建生教授。

 从生活环境中获取机械能已成为满足未来能源需求的一种十分有效的途径。摩擦电纳米机能够有效的将各种机械能转化为电能,引起了研究者广泛关注。到目前为止,它有四种基本工作模式,其中垂直接触分离模式摩擦纳米发电机由于其结构适应性强和能量转化效率高而被科学家们广泛研究。然而,这种摩擦纳米发电机所使用的间隔支撑材料多为硬质弹簧,弹性海绵等,既在在一定程度上增加了器件的结构复杂性,又会对其结构稳定和寿命造成影响。此外,通常的非密闭结构的摩擦纳米机特别容易受到外界环境因素,如环境湿度的影响,限制了其在真实环境中的实际应用性能。

 (空气间隔-密封结构摩擦纳米发电机制备过程,结构及实物照片)

 针对上述问题,研究团队选用弹性高、气密性好、机械强度高的乳胶气囊作为摩擦电纳米机的密封基材;同时采用纺织丝网印刷技术制备出银涂层的锦纶织物作为正摩擦材料、采用纺织涂层技术制备热塑性弹性体TPE/锦纶/银复合织物作为负摩擦材料,并巧妙装配制备出一种由空气作为间隔支撑部件的密封结构一体式摩擦纳米发电器件。其利用空气的的可压缩特性,有效实现了摩擦纳米发电机周期性的柔和接触与分离,可对环境中多种形式机械能的进行收集和利用。此外,这种空气间隔-密封结构的摩擦纳米发电机大大提高了提高其环境适应性。

 (不同内压下器件的电能输出性能)

 针对这种新型结构的能源器件,研究人员系统地研究了其在不同内部气压下的电输出性能,证明了在内压为0.5kpa时,该器件能产生最大输出。同时,还发现器件内部的空气能平衡外力的分布,使输出性能的正反向信号均匀化。此外,还比较和分析了不同作用力、频率、空气相对湿度、温度等外界因素对器件电输出性能的影响,进一步验证了其环境适应性。

 (空气间隔-密封结构的摩擦纳米发电机可收集多种形式机械能应用演示)

 这种新型空气间隔-密封结构的摩擦纳米发电机能同时收集人体和生活环境中不同种类的机械能,如人体指尖的运动能,风能等,能直接点亮39盏绿色商业发光二极管(LED)。因此该结构的摩擦纳米发电器件在能源领域一定具有十分广泛的应用前景。

 另据了解,该课题组还在2018年10月刊的《ACS应用材料与界面》上发表了题为《用于摩擦电纳米发电机的纳米颗粒掺杂热塑性弹性体复合织物新型介电材料和简便制备方法》(Facile Method and Novel Dielectric Material Using a Nanoparticle-Doped Thermoplastic Elastomer Composite Fabric for Triboelectric Nanogenerator Applications,ACS Applied Materials & Interfaces 2018, 10, 13082?13091)的研究论文,深入研究了不同纳米颗粒种类和掺杂量以及织物基上热塑性弹性体涂层厚度对输出性能的影响,对提高纺织基摩擦电纳米发电机的性能提供了有益参考。



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