新型清洁可持续的绿色能源:高性能摩擦纳米发电机
- 作者：张晓升韩梦迪王任鑫朱福运李志宏王玮张海霞
- 会议时间：2013-10-01
- 关键词：纳米发电机 ; 结构特征 ; 物理性能 ; 仿真分析
- 作者单位：微米纳米加工技术国家级重点实验室,北京大学,北京,100871
- 母体文献：第十一届全国博士生学术年会专题——节能环保与污染防治技术分会场论坛论文集
- 会议名称：第十一届全国博士生学术年会专题——节能环保与污染防治技术分会场论坛
- 会议地点：成都
- 主办单位：中国环境科学学会
- 语种：chi
- 分类号：TM9;TM4
摘要
能源问题是亟待解决的世界性难题之一,应用于微系统的纳米发电机出现伊始就在世界范围内受到广泛关注,它具有清洁无污染、绿色环保和可持续循环的优异特性。但传统纳米发电机输出性能较低,还远不能满足电子器件和微系统的供能需求。本文提出了一种基于摩擦生电原理的倍频高性能摩擦纳米发电机,首次将微纳复合结构引入纳米发电机,极大地提高了有效摩擦面积,从而显著提高了器件输出性能,创新性地提出了“三明治”新型结构,使得器件在单次外力作用下,可实现两次有效摩擦,从而实现了具有倍频效果的纳米发电机,成功地提高了发电机的输出功率密度,其电压高达465V,电流为107.5μA,功率密度为53.4 mW/cm3。利用该新型纳米发电机,无需任何外接电路,即可成功驱动5个并联商用LED工作,并首次成功用于驱动视网膜神经假体针尖阵列,电流达88 μA。此外,本文还对该新型纳米摩擦发电机的工作原理进行了阐释和分析、系统性研究了频响特性、微纳表面形貌对性能的影响,并利用有限元分析法对其工作状态进行了仿真分析。该新型摩擦纳米发电机在新能源领域展现了巨大的潜在应用价值,可用于高速发展的物联网传感器节点自供能,从而实现全集成系统。