來源：中國科學報

近年來，隨著物聯網技術的快速發展，各種無線傳感網絡應運而生。無線傳感網絡由區域內數以萬計的傳感器節點組成，在電氣自動化、環境智能監測、車輛定位等有著廣泛應用。然而，難以持續供電，成為暴露在自然環境中的傳感器節點的重要問題之一。

摩擦納米發電機作為高效的能量收集和轉換新途徑，在風能、水能、波浪能等各種機械能的收集轉換中得到了廣泛地拓展應用。其自供電的特性更為自然環境中設備運行的持續供能提供了一種理想方案。

備注：摩擦起電是一種很普遍的、很古老的現象，無論是梳頭、穿衣還是走路、開車都能遇到。大概從古希臘時期開始，這個現象就幾乎是每個科研工作者，甚至是每個人都知道的物理現象。但是，人們常常認為摩擦起電是一種負面效應，在許多情況下人們都通過各種技術途徑來回避摩擦起電。2012年，美國佐治亞理工學院的王中林教授小組發明了基于摩擦起電效應和靜電感應相結合的摩擦納米發電機（Triboelectric nanogenerator，TENG），能夠將機械能轉化為電能。

近日，大連海事大學輪機工程學院教授徐敏義團隊提出并系統性研究了一種新型防潮且自適應風向的旗形摩擦納米發電機。不僅可在潮濕環境下高效收集不同方向的風能，還能測量風速，實現風速傳感，為無線傳感網絡的供電問題提供了一種新穎的解決方案。相關研究成果發表于《納米能源》雜志。

旗形摩擦納米發電機

“傳感節點的自驅動是傳感器發展的重要方向之一。”論文通訊作者徐敏義告訴《中國科學報》，風能作為一種在自然界中廣泛存在于的清潔能源，若對其進行采集并驅動傳感節點工作，將是解決無線傳感網絡供電問題的一種理想方法。

論文第一作者、大連海事大學輪機工程學院博士生王巖介紹，過去研究報道了很多將有機介電薄膜置于框架結構中的摩擦納米發電機，例如固定薄膜一端，在風的作用下，使薄膜自由端與固定電極拍打的模式；固定薄膜兩端，薄膜與上下電極發生接觸的模式，這些方法都取得了很好的發電的效果。

“然而，由于結構的限制，導致難以有效采集來自各個方向的風能。同時摩擦層與空氣直接接觸，導致在濕度較大的條件下其發電性能會被嚴重削弱。”王巖告訴《中國科學報》。

針對上述問題，徐敏義團隊受到風吹旗子擺動這一常見現象的啟發，提出了一種旗子形態的“抗濕”摩擦納米發電機（flag-type TENG），用以高效采集風能。

徐敏義介紹，旗形摩擦納米發電機的基本結構，是由兩片附著導電油墨的PET薄膜（即柔性電極）和一片聚四氟乙烯（PTFE）薄膜疊加而成，同時采用雙面膠將兩個柔性電極與PTFE薄膜粘貼在一起對其進行密封。

“雙面膠有一定厚度，使得柔性電極與PTFE薄膜間形成了一個空隙。當風吹動旗子擺動時，由于柔性電極與PTFE薄膜的變形幅度不同，PTFE薄膜會與柔性電極產生摩擦，根據摩擦起電原理，PTFE薄膜與柔性電極的表面會帶上等量的異種電荷。隨著PTFE薄膜與兩側柔性電極產生周期性的接觸分離，在連接兩個電極的電路中就產生了交變電流，于是就實現了風能向電能的轉化，就發出電了。”徐敏義解釋說。

原文標題：科學家研發出新型防潮且自適應風向的旗形摩擦納米發電機

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