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西北工业大学研制出生物力驱动的新型纳米发电机
梅西 2017-04-09
导语

西北工业大学材料学院樊慧庆教授团队研制新型磁电摩擦双耦合生物力驱动的纳米发电机。

近日,纳米能源领域权威期刊Nano Energy刊发了西北工业大学材料学院樊慧庆教授团队关于新型磁电摩擦双耦合生物力驱动的纳米发电机最新研究成果

图1:新型磁电摩擦电双耦合生物力驱动的纳米发电机工作原理

摩擦纳米发电机(TENG)是中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家、佐治亚理工学院王中林教授于2012年所发明的,它们可以实现从机械能到电能的转换。该发电机能够用于获取人们日常生活中常见的但被浪费掉的各种机械能,包括人体运动、步行、振动、机械触发、轮胎旋转、风、流水等。TENG能够通过两种摩擦材料的接触/分离收集机械能,而电磁发电机(EMG)通过磁铁与线圈间的相对移动来工作。通过整合两种机械能源收集单元,一种复合机械能获取技术被广泛地用于大规模提高能量装置整体的输出功率。收集人体运动产生的生物机械能作为移动能量源在驱动个人电子产品领域具有可实现性。

基于此,本项研究工作采用静电纺丝工艺,将纳米Fe3O4颗粒嵌入摩擦电材料PVDF纳米纤维中,研制出大面积、可穿戴式、柔性复合薄膜器件,使其具有较强的磁响应特性。经过巧妙结构设计将摩擦电纳米发电机与电磁线圈结合,通过外磁场变化同时驱动摩擦电纳米发电机与电磁发电机将机械能转化为电能。这种复合型能源采集单元表现出优异的性能,有望从我们周边的生存环境中获取多种形式废弃的生物力能源,能够有效地解决传感器和个人电子设备供电的迫切需求问题。

图2 新型磁电摩擦电双耦合生物力驱动的纳米发电机在大面积、柔性、可穿戴电子系统中应用的工作实例(点亮上衣指示码、LED排灯,长时间驱动温湿度计、手表等工作状态)

该工作得到了国家自然科学基金、凝固技术国家重点实验室自选课题等的资助,相继研制出系列新型纳米发电机(1.铁酸铋纳米粉体PDMS复合无铅压电式纳米发电机; 2.铁酸镧铋纳米纤维羊毛复合可生物兼容压电式纳米发电机; 3.废旧轮胎橡胶粉摩擦电纳米发电机。

文章链接:

Xiaohu Ren, et al, “Magnetic Force Driven Noncontact Electromagnetic-Triboelectric Hybrid Nanogenerator for Scavenging Biomechanical Energy” , Nano Energy 35: 233–241, 2017. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.03.047 

(本文来源:西北工业大学新闻网;)

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作者 梅西

本科生

北京工业大学

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  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
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