基于变化静电场的非接触式摩擦纳米发电机设计与研究

• 作者: 仲艳 张忠强 曲召奇 曹杰 程广贵 顾伟光
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 变化静电场 非接触 摩擦纳米发电机 静电感应
• 年，卷（期）: 2020,（23）
• 所属期刊栏目: 总论
• 页码范围: 40-48
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.69.20201052

摘要

基于接触生电与静电感应原理的摩擦纳米发电机(TENG)及其自供能传感器在新能源和物联网等领域有重要的应用前景. 存在电负性差异的聚合物材料在接触分离过程中, 由于电子的转移, 在聚合物周围空间会产生变化的静电场, 已有的TENG研究中, 主要利用垂直于摩擦层和电极层平面的场强产生静电感应, 忽略了聚合物周边的电场效应. 根据静电感应原理, 处于电场中的导体其内部电荷会重新分布, 这为导体在与摩擦材料不接触的情况下导体表面产生感应电信号提供了途径. 本文设计了一种利用摩擦层周围变化静电场的非接触式摩擦纳米发电机(NC-TENG), 研究了硅胶薄膜和丁腈橡胶薄膜在接触分离过程中, 导体与摩擦材料的距离、导体感应面积尺寸及导体相对于摩擦材料所处方位等参数对感应电输出性能的影响. 结果表明, 在与摩擦材料完全分离的情况下, NC-TENG可以产生稳定的电信号输出. NC-TENG的感应电压随着导体与摩擦材料距离的增大而减小, 随着导体感应面积的增大而逐渐增大, 对于尺寸为30 mm × 30 mm的摩擦材料, 导体在面积为60 mm × 45 mm时NC-TENG的电输出趋于稳定, 产生约13 V的开路电压. 此外, 导体相对于摩擦材料所处的方位对感应电输出也具有显著的影响. 本文设计的NC-TENG提供了一种新颖的电输出产生模式, 为接下来对TENG的研究及自供能传感器的应用提供了更多可能性.