Adv. Funct Mater.：自供電靜電驅動系統的摩擦納米發電機

【引言】

由于自供電的納米技術在便攜設備、可穿戴電子器件和人機交互技術等方面的廣泛應用，而受到廣泛的關注。在眾多迅猛發展的可再生能源收集技術中，摩擦電發電機(TENG)得益于可以直接將機械運動轉換成電能，被視作為很有前景的自供電系統核心元件。TENGs具有制造工藝簡單，成本低，環境友好和應用廣泛等優點。它不僅可以作為一些微電子器件的電力發電機，而且可以自發的形成高壓靜電場，用來作為電刀機械系統，光學器件或者是穿戴式電子的高壓電源。

【成果簡介】

近日，來自中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林教授和陳翔宇副研究員（共同通訊作者）在Adv. Funct. Mater上發表了題為Self-Powered Electrostatic Actuation Systems for Manipulating the Movement of both Microfuid and Solid Objects by Using Triboelectric Nanogenerator的文章。他們使用靜電激勵器和摩擦納米發電機來驅動促動器，以達到自供電的效果。在TNGs提供的高靜電場條件下，借助庫侖力對微小的流體或固體顆粒直接操作。通常這些微小物體無法被常見的機械工具驅動，該團隊利用靜電驅動系統（EAS）驅動并完成了多次實驗。

【圖文導讀】

圖1.自供電EAS操縱微流體的原理圖

a.單電極TENG驅動水滴的結構設計圖

b.ICP處理之前的聚酰亞胺薄膜SEM照片

c.ICP處理之后的聚酰亞胺薄膜SEM照片

d.含氟無乙烯丙烯（ FEP）ICP處理后的SEM照片

圖2.原理釋義圖

a.EAS工作原理圖

b.水滴受力移動的原理圖

c.水滴增長率隨差距增大的變化圖

圖3.EAS詳細操作性能圖

a.不同初始位置的驅動距離

b.液滴體積的驅動距離的影響

c.不同電極間隙長度的驅動距離

d.TENG不同分離高度的驅動距離

圖4.EAS控制液滴的實際應用

a.機械手的設計與工作機理

b.液滴匯合前后的照片

c.酚酞和氫氧化鉀的影響

d.三種不同接觸角度的實驗

e.三種不同驅動距離的實驗

圖5.自供電EAS驅動微小的固體

a.EAS系統的結構設計

b.TENG驅動下小球產生不同偏轉角度

c.小球在聚酰亞胺薄膜上發生不同角度和距離的偏轉

圖6.自供電EAS驅動顆粒旋轉運動的進一步驗證

a.驅動系統的結構設計圖

b.小球的偏轉角度

c.小球受驅動條件下不同偏轉的角度和速度

【小結】

該團隊制作的70cm²的摩擦納米發電機，可以驅動水滴在間隙中移動2cm。同時，具有同樣電荷的極性，不同的組件的兩個液滴也可以為自供電的EAS所控制。對于其他類型固體，如小的鐵質球體，EAS也具有同樣的功能。通過各種實驗證明，這種自供電的EAS在微小的推進裝置、電機系統和人機交互等方面有很好的應用前景。

原文鏈接：Self-Powered Electrostatic Actuation Systems for Manipulating the Movement of both Microfluid and Solid Objects by Using Triboelectric Nanogenerator?( Adv. Funct. Mater.,?2017,??DOI:10.1002/adfm.201606408?)

本文由材料人新能源組YueZhou供稿，材料牛整理編輯。

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