近年来,基于摩擦起电效应和静电感应相结合的摩擦纳米发电机因其具有体积小、能将运动等机械能转化为电能输出的巨大潜力而备受青睐。

1.摩擦纳米发电机是什么

摩擦纳米发电机作为一种能量产生单元,在其内部的电路中,由于摩擦起电效应,两个摩擦电极性不同的摩擦材料薄层之间会发生电荷转移而使得二者之间形成一个电势差;在外部电路中,电子在电势差的驱动下在两个分别粘贴在摩擦电材料层背面的电极之间或者电极与地之间流动,从而来平衡这个电势差。

 

摩擦纳米发电机的动力源既可以是已被人们认识的风力、水力、海浪等大能源,也可以是人的行走、身体的晃动、手的触摸、下落的雨滴等从没被人们注意过的环境随机能源,还可以是车轮的转动、机器的轰鸣等。

 

摩擦纳米发电机是什么

(图片来源于互联网)

 

2.摩擦纳米发电机原理

摩擦纳米发电机的原理采用了尼龙与聚四氟乙烯,两者接触时聚四氟乙烯得到电子,当滑移产生时,两者离开接触面的部分需要保持电中性,电子从聚四氟乙烯流向尼龙,这样在外电路产生了向下的电流;当两者相互接触时,已经接触的面保持电中性,之前流动的电子需要流回才能保持电中性,这样在外电路实现了向上的电流。

 

摩擦纳米发电机原理

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3.摩擦纳米发电机的应用

美国《科学》报道,美国佐治亚理工学院教授、中国国家纳米科学中心海外主任王中林等成功地在纳米尺度下将机械能转换成电能,在世界上首次研制成功纳米发电机。正在北京的王中林在接受《科学时报》采访时说,“这是我在这个研究领域10多年最让我激动的发明。”他认为这是国际纳米领域的最让人激动的重大发现,它一定会引起整个纳米学界对纳米电源方面研究的巨大热潮。

 

王中林认识到氧化锌独特的半导体、光学和生物学性能,具有其它纳米材料不可替代的作用,因此,他的研究小组一直致力于以氧化锌为基础的纳米材料的合成和应用研究。2001年,他们在《科学》杂志上报告首次合成氧化锌半导体材料带,这篇论文已被引用1100多次。之后,他们又研制出纳米环、纳米螺旋等器件。

 

王中林相信纳米发电机无论在生物医学、军事、无线通信和无线传感方面都将有广泛的重要应用。他说:“这一发明可以整合纳米器件,实现真正意义上的纳米系统,它可以收集机械能,比如人体运动、肌肉收缩等所产生的能量;震动能,比如声波和超声波产生的能量;流体能量,比如体液流动、血液流动和动脉收缩产生的能量,并将这些能量转化为电能提供给纳米器件。这一纳米发电机所产生的电能足够供给纳米器件或系统所需,从而让无纳米器件或纳米机器人实现能量自供。“

 

摩擦纳米发电机的应用

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