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收集振动能的摩擦纳米发电机设计与输出性能

作者:吴晔盛,刘启,曹杰,李凯,程广贵,张忠强,丁建宁,蒋诗宇 | 摩擦纳米发电机输出性能振动能量收集接触分离

摘要:随着全球变暖和能源危机的到来,寻找减少碳排放的可再生能源成为人类文明面临的最紧迫挑战之一.振动作为一种常见的机械运动形式,在人们的日常生活中普遍存在.利用多种原理收集振动能量将其转化为电能成为研究热点.基于接触生电和静电感应原理的摩擦纳米发电机(TENG)为收集振动能量提供了一种可行的方法.本文设计了一种接触分离式 TENG.推导了 TENG 的电极间电压-转移电荷量-板间距离(V-Q-x)之间的关系,结合实验分析了负载电阻、振动频率等因素对其输出性能的影响关系,当振动频率为 1 6 Hz时,每个工作循环内电荷的转移量几乎相同,而电压和电流随着频率的增大而增大,频率为 5 Hz 时,最大输出功率达到 0.5 mW.运用 COMSOL 软件对 TENG 进行模拟仿真,揭示了其在接触分离过程中电势以及聚合物表面电荷密度的分布和变化规律,为高效收集振动能量的摩擦纳米发电机及自供能振动传感器设计提供理论与实践支撑.

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物理学报

《物理学报》(CN:11-1958/O4)是一本有较高学术价值的大型半月刊,自创刊以来,选题新奇而不失报道广度,服务大众而不失理论高度。颇受业界和广大读者的关注和好评。

《物理学报》先后获得第一、二、三届国家期刊奖,2001—2010年度“百种杰出期刊”奖,中国科学院特别奖、一等奖等多项重要奖项,2009年获得“新中国60年有影响力的期刊”荣誉称号,2010年荣获出版界国家最高奖——中国政府出版奖期刊奖,2012年和2013年连续获得“中国最具国际影响力学术期刊”荣誉称号,2013年获得国家新闻出版广电总局评定的“全国百强科技期刊”。

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