摘要：柔性可穿戴电子设备因其在人工智能、健康医疗等领域的应用而受到了人们的极大关注.然而,如何降低功耗或实现自供能一直是阻碍其广泛应用的瓶颈.随着纳米发电机与自驱动技术的兴起,尤其以摩擦纳米发电机(TENG)与压电纳米发电机(PENG)代表的研究,为解决可穿戴传感器电源的问题提供了可行的方案.TENG和PENG分别基于摩擦起电效应与压电效应,可以将机械能转化为电能,同时具备可拉伸性、生物相容性和自愈性等优良特性,已经广泛应用于自驱动的触觉传感器的设计制备中,并作为下一代可穿戴电子设备的技术基础展现出巨大的应用潜力.基于该领域的最新进展,本文对TENG与PENG的机理进行概述,对其性能优化途径进行归纳,再结合材料、器件的设计等讨论应力应变与分布、滑移等纳米发电机自驱动传感器的制备与应用研究.最后,对自驱动触觉传感器目前存在的问题与挑战进行讨论,并对未来的发展进行展望.

摘要：提出了一种利用静电纺丝工艺制备P(VDF-TRFE)/石墨烯(Graphene,以下简称GR)复合纳米纤维薄膜的方法并对其压电性能进行了研究。首先,以复合薄膜为功能层设计并制备了柔性压电纳米发电机。使用扫描电镜(SEM)表征了复合纤维薄膜表面的微观形貌。其次,对各纳米发电机样品进行了压电响应对比实验,含0.2%石墨烯的P(VDF-TRFE)/GR纳米发电机的开路输出电压、短路输出电流峰值分别为12.3 V、1.41 μA,比纯P(VDF-TRFE)样品分别增加了大约2.0倍、2.2倍。此外,通过理论分析和周期激振测试探究了纳米发电机电响应输出的影响因素和规律,证实在激振器驱动信号150 mV^300 mV振幅、10 Hz^30 Hz频率的范围内,其开路输出电压随着其振幅和振动频率增大而增大,电容充电效率随其振幅增大而增大。

摘要：柔性透明纳米发电机可收获生活中的多种能量,如机械能、热能等,并且具有良好的透光性和柔性,可以适应生活中遇到的复杂环境,在低功耗便携式设备,自供能电子系统和植入式传感器等领域有巨大的应用前景。系统的综述国内外关于柔性透明纳米发电机的研究现状,阐述纳米发电机的分类及工作原理,重点讨论分析了氧化铟锡(ITO)、碳纳米管、石墨烯等3种不同电极材料的柔性透明纳米发电机的输出特性以及存在的问题,并且针对这些问题,预测了未来柔性透明纳米发电机的发展应致力于在改善现有透明电极材料的性能的同时,优化器件结构设计,实现柔性透明纳米发电机的发电性能的提升,并且继续改进制备工艺,实现纳米发电机的集成化,以便柔性透明纳米发电机投入实际应用。

摘要：以纳米发电机为代表的自驱动能源具有广阔的应用前景。为了激发学生对这一前沿领域的兴趣,拓宽学生知识面,该文设计了基于驻极体材料的柔性纳米发电机实验,并对制备的纳米发电机的性能进行了表征和测试。所开发的实验,在提高学生科研素养、增强学生工程实践能力与创新思维意识方面取得了良好效果。

摘要：针对目前可穿戴单兵能源装备对能源采集器件柔性可拉伸能力的迫切需求,提出了一种基于摩擦-压电协同换能机理的一体式柔性可拉伸拱形纳米发电机设计方案。利用混炼工艺将钛酸钡(BaTiO3)、聚四氟乙烯(PTFE)和镀银玻璃微珠分别混入到高温硫化硅橡胶中,分别制备出压电层、摩擦层和电极层,使器件实现了全柔性和可拉伸性能。器件采用拱形结构,可以响应拉伸和拍打两种常见的激励模式,有助于高效采集具有多自由度特点的人体运动能量。实验结果表明,拉伸模式下,器件主要依靠压电层产生电能输出,而在拍打模式下,器件则主要依靠摩擦层产生电能输出,复合输出性能得到明显提升,展现出其在可穿戴单兵能源装备领域广阔的应用前景。

摘要：研究人员在水母的启发下设计了一种摩擦式纳米发电机,它可以通过功率传感器探测到水面的波动并从水的波动中获取能量。Georgia Institute of Technology的首席研究员Zhong Lin Wang认为,仿生水母摩擦式纳米发电机(bjTENG)有望实现“蓝色能源梦想”。Wang的团队与北京纳米能源与纳米系统研究所和国家纳米科学与纳米技术中心的研究人员使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为封装材料,聚四氟乙烯(PTFE)薄膜作为摩擦发电机,两种金属(铜和铝)作为电极制备了该器件。

摘要：植入式电子医疗器件(IEMDs)能够有效地提高患者的生活质量并延长患者的寿命,现已成为医疗器械领域研发的热点。目前,植入式电子医疗器件(IEMDs)的发展主要面临两大难题,即器件的小型化和工作寿命的延长。研究人员已经证实从动物体内获取热能、化学能和机械能等多种能量并转化为电能的可行性。通过收集生理环境或身体活动产生的能量可以实现植入式电子医疗器件的自驱动化与小型化。生物体内各种运动产生的机械能简称生物机械能,因分布广泛,蕴含的能量高等优点而备受关注,为了有效地收集生物机械能,一系列材料及结构设计巧妙的压电和摩擦电能量收集器被研发成功。肢体运动、肌肉收缩/舒展、心/肺运动和血液循环所产生的机械能都可以被这些装置收集并为植入式电子医疗器件供电。另外,压电纳米发电机(PENG)和摩擦电纳米发电机(TENG)可以作为生物压力/应变传感器来认知复杂的生理过程以及直接作为电刺激源来治疗各种疾病。在过去的十年里,植入式自驱动电子医疗系统的研究取得了巨大的进展,未来,集成智能、柔性、可拉伸和全可降解等多种特性的自驱动医疗系统将会是该领域主要的研究方向。

摘要：小尺寸、免维护、可移动的自供能系统尤其是自供能传感器具有非常广阔的应用前景。自供能系统本身可以从周围环境中收集能量并且转化为电能,为系统中各种功能器件的运行提供电源,因此自供能系统可以完全独立地实现特定的功能,而且能持续地工作。将收集环境中风能、太阳能、机械能等微小能量的自供能系统应用到气体传感器领域的研究十分有意义。目前,自供能气体传感器的实现有两种方式:一种是发展能收集环境中能量的设备去驱动传统的传感器,另外一种是自供能有源传感器,而第一种自供能气体传感器可以通过自身收集环境能量并对气体做出响应。该文对目前国内外基于收集风能、机械能以及太阳能的自供能气体传感器的设计方法、工作原理和特点进行了总结,为今后一体化集成式自供能气体传感器的研制提供参考。

摘要：阐述第一性原理的计算,设计一款异质结半导体为基底的LED发电机,以解决目前LED半导体照明设备的难题,讨论吸附体系电子传输效率、异质结晶体结构和电子特性、LED发电设备发电性能。

摘要：设计合成了一种基于二硫化钼(MoS2)/热释电聚合物的柔性薄膜光热电纳米发电机(PTENG)。过渡金属硫族化合物作为薄层纳米薄片,可以捕获近红外(NIR)光,并将其转化为热能。同时,热释电聚合物将无机纳米片所收集的热能转化为电能。在近红外辐照下,PTENG可以瞬间产生电压和光电流,且输出长期保持在较高水平。通过光热效应与热释电效应的有效耦合,该体系具有较高的热电转换系数。我们还通过理论模拟分析了MoS2在聚合物纳米复合材料中的作用。MoS2的存在显著提高了热释电聚合物薄膜的温度变化率,提高了器件的光电响应。