综述：液-固摩擦电纳米发电机在物理和化学传感器中的应用——综述

《Small》：Liquid-Solid Triboelectric Nanogenerators in Physical and Chemical Sensors-A Review

本综述系统评述了液-固摩擦电纳米发电机（L-S TENG）作为新兴自供电传感平台的最新进展。文章聚焦于界面电荷动力学机制（如接触起电CE和双电层EDL效应）、关键设计策略（包括微流控及液滴/流动/波浪驱动模式），以及在物理（压力、流量、液位、波浪、降雨）和化学（无机离子、有机化合物）传感中的应用潜力。特别探讨了盐度效应、界面稳定性及可穿戴/微流控集成等挑战，为开发可靠、多功能的L-S TENG传感器提供了前瞻性指导。

　　

2 Working Principle of Liquid-Solid TENGs

2.1 Mechanisms

液-固摩擦电纳米发电机（L-S TENG）的工作机制主要基于接触起电（CE）和静电感应。当液体与固体介电表面（如PTFE或FEP）接触时，由于电子亲和力的差异，会发生电子转移。液体通常保留正离子，而固体表面获得负电荷，导致界面电荷失衡。这一过程可用电气双层（EDL）模型描述：Stern层包含紧密结合的抗衡离子，而扩散层则分布着可移动离子，共同调节表面电位和输出信号。

近年来，Wang课题组提出的混合EDL模型揭示了电子转移在液-固界面电荷生成中的主导作用。液滴接触固体介电表面时，界面原子或分子的电子云重叠，降低电荷交换的能垒， enabling量子隧穿效应。该过程通过“Wang转变模型”描述，导致固体表面净负电荷积累。如图3c所示，经典势阱模型直观展示了界面电子转移：初始时电子被限制在深势阱中，机械压缩和能量重分布使势阱扁平化，允许电子穿越界面。

因此，EDL形成被理解为两步过程：第一步涉及电子转移，建立主要表面电荷；第二步是离子重排，液体中的抗衡离子被吸引至带电表面，完成EDL结构。定量模型如Grahame方程（基于Poisson-Boltzmann模型）描述了表面电荷密度与界面电位的关系，而Debye长度（λ_D）表征扩散层厚度，与离子强度成反比。输出电流可表示为I(t)=A?dσ(t)/dt，其中A为接触面积，σ(t)为时变表面电荷密度。

2.2 Interacting Modes

2.2.1 Droplet-Based L-S TENGs

液滴基L-S TENGs设计用于从单个水滴（如雨滴或人工微滴）中收集能量并提取传感信息。其工作原理基于CE和静电感应：液滴短暂接触介电表面时发生电子转移，分离时电荷分离诱导电位差，在外部电路中产生交流电。接触角（润湿性）关键地调制界面电荷密度——疏水表面（大接触角）减少有效接触面积和相互作用时间，降低总电荷转移；适度亲水表面则促进更强界面相互作用，增加电荷积累。

液滴动力学变化（如尺寸、冲击速度或接触行为）导致生成电流和转移电荷的变化，使液滴-TENGs能够作为运动传感器，监测流速或机械扰动。此外，这些系统还可作为化学传感器，响应液体离子组成的变化。EDL对离子强度和离子类型敏感，离子浓度增加（如NaCl）压缩扩散层，降低有效表面电位，从而降低TENG的电输出。Grahame方程为理解离子强度、zeta电位等参数如何调制界面电荷行为提供了理论基础，使液滴-TENGs能够检测盐度变化、pH波动和其他水化学标志物。

2.2.2 Flow-Based L-S TENG

流动基L-S TENGs设计用于从液体连续运动中收集能量和监测信号，如河流、工业管道或微流控系统中的水流。与液滴基TENGs依赖离散冲击不同，流动基系统依靠移动液流与固体介电表面之间的持续相互作用诱导连续接触起电。液体流过固体时，电荷在液-固界面积累，电极之间的电位差产生稳定电输出。

流动基L-S TENGs的效率取决于流体动力学参数，特别是流速和剪切速率。更快的流动增强了微观尺度的接触和分离速率，促进更频繁的电荷转移事件；更高的剪切速率则扰动EDL结构，影响离子吸附和表面电位。这些效应共同调制界面电荷密度，直接影响电信号幅度。Zhang等人发现的“体积效应”代表了该领域的显著进展：当液体以一定角度流过绝缘管并接触内部电极时（图4b），电荷传输机制从界面转变为体积性，导致输出显著放大——高达传统表面CE的17倍。

除了能量收集，流动基TENGs还可用于物理传感。由于生成电荷量与流速和流体动力学紧密相关，该系统可实时监测液体速度、流动稳定性和体积通量。这些传感器已成功用于开放通道和封闭管道环境，为传统流量计提供无接触、自供电替代方案。化学上，流动基TENGs还能检测水组成变化，包括盐度、污染物或温度诱导的离子迁移率变化。流动系统中新鲜液体与传感表面的持续相互作用允许实时化学监测，使流动基TENGs在环境 surveillance和水质控制中特别有价值。

2.2.3 Wave-Based L-S TENG

波浪基L-S TENGs设计用于利用海洋或潮汐波的机械能，这些波提供水与固体表面之间有节奏的持续接触（图4c）。这些系统依赖于水波上升和下降时发生的重复接触起电事件，导致与介电表面的周期性接触和分离。每个波峰 initiates一个新的CE事件，其中由于摩擦电极性差异，电子在界面转移。波退却时，积累的电荷在电极之间诱导电位差，通过静电感应发电。

与液滴或流动基系统不同，波浪基TENGs受益于高能量、低频水运动，提供延长接触时间和增加界面面积。波浪较慢但有力的运动增加接触时间和有效剪切速率，可通过改进电子云重叠增强界面电荷转移。接触动力学——受波高、速度和冲击角 governing——直接影响摩擦电输出。此外，海水的盐性引入离子-表面相互作用，调制EDL，如第2.1节讨论。这些离子效应可改变表面电位和电荷屏蔽，影响能量生成和化学传感性能。

从传感视角，波浪基L-S TENGs可作为实时海洋状况监视器。波浪运动产生的电信号可分析提取波高、频率和速度等信息，使系统能够作为自供电波浪传感器。此外，通过观察信号随时间变化，系统可贡献于波浪模式预测和海岸预警系统。

化学上，波浪基TENGs还能检测水组成变化，包括盐度、污染物或温度诱导的离子迁移率。海洋水反复与固体表面相互作用时，其离子强度的任何变化改变EDL结构和 resulting电荷密度。电信号的这种调制为恶劣海洋环境中的化学传感提供了基础，在海洋学研究和环境 surveillance中具有潜在应用。

3 L-S TENG Physical Sensors

3.1 L-S TENG Pressure/Force Sensors

压力传感器在汽车系统、工业自动化和医疗保健等广泛行业中发挥关键作用。传统压力传感器依赖压电、电容、电阻或光学 transduction机制，但往往涉及复杂结构并需要外部电源。L-S TENGs作为有前景的自供电压力传感平台出现，其工作机制基于液-固界面电荷转移生成电信号。当施加压力时，它调制液体流速、接触面积或界面动力学，从而影响摩擦电荷转移并改变输出信号。

例如，Zhang设计了一种基于帕斯卡定律的U形TENG（图5a）。施加压力时，液体在管内移动，由于液体与管壁固体表面接触面积的变化生成电位差。该设备将机械能转换为电信号，可用于检测位移、压力和张量等物理量。为小型化设备以实现便携性和检测弱压力，研究人员提出了微流控压力传感器，它具有高灵敏度，可检测小范围内的压力变化。Goh提出了一种可穿戴和可拉伸的自供电压力传感器，可用于人机界面（HMIs）。该软传感器（图5b）由去离子水填充的腔室连接螺旋形微通道组成，两者均采用PDMS制造以实现灵活性。

Yuan报道了一种填充液体的液-聚合物管状摩擦电纳米发电机（L-P TENG），作为各种工作模式中的形状自适应传感器（图5c）。该传感器展示两个主要特点：首先，管状结构结合柔性硅胶 vessel提供卓越适应性；其次，将CNTs纳入导电流体增强了液-固接触输出性能。然而，L-P TENG只能应用于人体运动压力检测中的肘部和膝盖等关节。传感器需要与人体高度共形接触以获得最佳性能，但也必须能够在用后移除。一些研究人员发现液体和软基板的结合可以实现高共形接触。

另一个问题是，当没有压力变化诱导液体跨电极运动时，将没有信号。传感器无法测量静态压力，只能应用于动态压力情况。为解决静态压力检测问题，Shi集成了一种L-S摩擦电传感器与微流控通道和腔室在柔性基板上，制造了一种微流控压力/力传感器。该设备使用电容传感机制确定静态压力的大小。由于多电极设计，该设备可 readily与微流控系统集成作为自供电流速传感器（图5d）。提出的微流控压力传感器可监测施加压力的大小和频率，并可共形附着于人体手指以检测弯曲程度和频率。

3.2 L-S TENGs Flow Sensors

3.2.1 L-S TENGs Gas Flow Sensor

气体流量传感器通常用于监测工业管道中的气体流动。基于其结构原理，摩擦电气流量传感器可分为四种主要类型：膜片拍动传感器、涡轮旋转传感器、差压传感器和浮子传感器。膜片拍动和涡轮旋转传感器测量气体速度，从中使用横截面积计算气体流量。相比之下，差压和浮子传感器依赖于空气压力变化，并统称为基于压力的流量传感器。其中，膜片拍动传感器、涡轮旋转传感器和浮子传感器主要基于固-固接触起电。一些传统的差压型流量传感器基于液-固接触起电。

传统差压型流量传感器是应用最广泛的流量传感器，其使用率在所有类型流量传感器中排名第一。摩擦电流量传感器直接使用差压，主要是文丘里流量传感器。如图7a所示，VTTFS由文丘里管和填充液体溶液的PTFE U形管组成，其中文丘里管分为进口段、收缩段等部分。有几个铜电极均匀附着在U形管表面。文丘里管进口和收缩段之间的压力差随流速变化而变化，相应地改变U形管两侧的液柱。如图7c所示，流体溶液基于压力差流过PTFE U形管，导致流体溶液接触表面积变化，产生摩擦电效应。VTTFS的电压信号与流体流速呈现良好的线性关系。

3.2.2 L-S TENG Liquid Flow Sensors

准确测量液体流速在石油化工、供水、热力发电和生物医学工程等各个行业至关重要。精确的流量监测不仅有助于优化生产效率，而且确保系统安全运行。传统流量传感器广泛用于单相液体流量测量，但其高成本、复杂维护和对外部电源的依赖是主要限制。

相比之下，TENG流量传感器利用摩擦电效应实现自供电流量测量。摩擦电旋转液体流量传感器通常包括两个单元：驱动单元和信号生成单元。驱动单元受液体流动作用，导致电信号生成。信号生成单元不需要接触液体流体即可产生电信号。旋转型固-固接触液体流量传感器具有机械磨损、信号不稳定性、较低灵敏度和需要润滑等缺点，导致其寿命较短和测量精度较低，与液-固接触传感器相比，尤其是在长期、高频使用中。

L-S TENG传感器通过液体流过固体表面时产生摩擦电荷，使它们能够感知流速而无需外部电源。当液体流经电极时，TENG产生电信号。液体流速和液体流量可通过分析电信号的峰值或频率来测量。当前液体流量监测技术通常分为外贴式、内贴式、嵌入式、液滴式和非接触式。

外贴式流量传感器基于TENGs的固-液接触机制运作。当液体流过电极阵列时，由于摩擦电相互作用产生周期性电信号。流量参数可通过两种主要方法提取：1) 分析输出信号的峰值或频率以估计瞬时流量；2) 计算流体通过相邻电极所需时间，从而允许准确测量流速。平均流量随后可从流速和已知流体通道横截面积推导出。

对于L-S TENG流量传感器，外贴式传感器的发展融入了各种设计创新，通过材料和结构优化增强了流体监测的准确性和多功能性。这些传感器通过将摩擦材料或电极附着在管道外部，在液-固界面通过接触起电和静电感应产生电信号，实现流速、方向和压力的实时监测。

单电极TENG因其结构简单、成本低、易于集成和扩展而被广泛研究。Munirathinam提出了一种用于流量传感的PTFE-铜TENG（PCTENG）管 with单电极。Liu提出了一种基于L-S TENG的微滴监测方法（MDMM），可实现微滴参数的无创和自供电监测。如图8a所示，电极宽度（w，单位mm）、液滴长度（l，单位mm）和液滴速度（v，单位mm s^?1）的示意图显示，当液滴以不同速度通过电极时，电压脉冲的持续时间（τ，单位s）与速度v成反比。因此，液滴的速度和长度可使用公式l = v?τ计算。这些参数定义确保了实时监测中液滴动力学的准确估计。

然而，单电极配置容易受到外部电磁干扰，并且电极的长度和接触面积有限，直接影响传感器的最大输出电压和电流。一些研究人员使用多电极方法来避免这些现象。Song通过在主感应区域两侧添加接地电极来优化电极布局，以屏蔽信号干扰。当流体或液滴进入感应区域时，液-固接触起电效应导致主电极E2上的电荷变化，产生电位差，如图8b所示。接地电极（E1和E3）在流体或液滴运动过程中起到中和电荷的作用，将多余电荷导向地面。这防止了由不均匀流体接触引起的信号噪声，产生更清晰、更稳定的信号和更高的测量精度。

3.3 L-S TENG Temperature Sensors

L-S TENG温度传感器是自供电传感技术中的创新工具。这些传感器利用摩擦电效应，其中液体与固体表面接触产生电荷。这种现象在连续或外部电源不可用的环境中监测温度变化特别有用。L-S TENG温度传感器的主要应用领域包括环境监测、智能可穿戴设备、工业安全和生物医学设备。在这些背景下，这些传感器可通过表面性质和电输出的变化检测温度变化，非常适合实时和远程传感应用。此外，它们的自供电性质和从简单温度变化产生电信号的能力使其成为能量收集技术的理想选择，在那里它们可以执行传感和发电的双重功能。L-S TENG温度传感器的多功能性和低成本制造为节能和可持续监测系统提供了一个有前景的解决方案。

温度对水的介电常数和极性影响已被研究。2013年，Lin首次证明TENG可以实现温度传感，如图11a所示。通过水和PDMS表面的接触起电发电。当水温变化时，它会影响水的介电常数和极性，导致摩擦电荷密度和输出电流的变化。研究发现，随着水温升高，产生的电流密度逐渐降低，使TENG能够检测水温变化并实现自供电温度传感。Shen首次研究了温差对固液TENGs的影响。温度影响TENG输出的方式是多方面的，包括增强电子转移、改变接触电荷密度、双电层效应、湿度影响以及液固界面的差异。通常，温度升高可以改善TENG输出，尽管在极端条件下（如高湿度或过高温度）输出可能被抑制。

除了影响液体的极性，温度还影响摩擦层材料与液体之间的接触角。一些研究人员使用温度响应聚合物来实现液体温度传感。每个TENG系统中的温度变化导致表面润湿性变化，从而影响摩擦电性能。Li使用聚己内酯（PCL）作为摩擦层，TENG的摩擦电输出通过两亲基团（亲水羧基和疏水烷基）在不同温度（20–40°C）下的重排控制。Feng采用N-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸甲酯的共聚物（PNIPAM-MMA），其中亲水到疏水状态的相变发生在一个宽温度范围（20–60°C）内。Xiong使用形状记忆聚合物（SMPU），并专注于表面微观结构的热触发粗糙度变化以增强摩擦电输出。该TENG可以自恢复其原始结构，而前两个依赖于聚合物构象变化进行可逆摩擦电调制，如图11b所示。尽管PCL和PNIPAM-MMA的温度响应是可逆的，但它们的变化主要限于表面接触角。相比之下，SMPU的优势在于其能够恢复其宏观形状和表面微观结构，这赋予材料更长的寿命、更高的耐久性，以及摩擦电输出和稳定性的显著增强。

温度传感器存在几个问题，包括电输出不稳定、响应时间慢、灵敏度范围有限和耐久性问题。此外，制造过程复杂，材料成本高，可能阻碍大规模生产。为实现商业化，需要在材料恢复速度、温度范围长度和生产成本方面进行改进。

Liu提出了一种利用反向电润湿现象和液滴的热电效应感知外部温度和力刺激的新方法，如图11c所示。当存在跨液滴的温差时，离子产生电位差，在导电板之间产生直流电压，电压幅度与温差成正比。通过监测这种电压变化，传感器可以检测环境温度。此外，液滴的变形诱导反向电润湿效应，产生主要用于力传感的脉冲电压，而温度传感依赖于热电效应。

Xie提出了基于TENG电容阻抗匹配效应的频率无关自供电传感技术，如图11d所示。该传感器的工作机制基于液固接触起电效应和电容阻抗匹配效应。当甘油液滴接触固体电极时，其电导率和电容随温度升高而变化，这增加了传感器的电容并改变了TENG的输出电压。通过监测电压变化，传感器可以准确检测温度变化。该系统能够进行精确的温度传感，不受运动频率影响，并能在高温条件下触发警报。它提供频率无关的可靠性、快速响应和宽温度检测范围，表明其适用于物联网和智能可穿戴设备。

对于高温传感，Xiao提出了一种基于液-固/气-固界面TENG的非接触式沸腾状态在线监测传感器。这种L-S/G-S TENG由覆盖铜电极的PTFE管组成，如图11e所示。当微通道中的液体沸腾时，L-S/G-S TENG中的接触从固-液变为固-气，并产生电压信号，识别沸腾状态。沸腾过程可分为四个阶段：单相状态（液体）（沸腾前）、液-气状态（小气泡）、液-气状态（气柱）和单相状态（气体）。该传感器具有低成本、结构简单、响应速度快和无需要接触的优点，适用于工业过程。

3.4 L-S TENG Water Level Sensors

传统水位传感器通常使用浮子、超声波或雷达等机制检测液位。浮子传感器依赖机械运动，而超声波和雷达传感器通过发射和接收波测量液体表面。然而，在某些挑战性环境中，如高度污染区域、极端温度或电源资源有限的偏远地点，这些传统方法可能面临传感器损坏、高能耗或需要频繁维护等问题。相比之下，L-S TENG水位传感器引入了一种基于摩擦电效应的创新检测方法，将水与传感器表面之间的机械相互作用转换为电信号。这些传感器不仅能够监测水深、流速和波浪动力学等参数，而且是自供电的，允许在偏远或难以到达的地区 extended部署，显著降低维护和能源成本。该技术为船舶吃水测量、环境监测和工业液罐或管道等应用提供了更高效可靠的解决方案。

当水接触固体表面时，形成EDL，导致电荷转移。Wang使用PTFE作为负摩擦电材料，石墨作为电极，制造了如图12a所示的水槽TENG。由于固体电极浸没在液体中，与液固TENGs常用的疏水处理不同，将石墨电极从疏水改为亲水增加了电极与水的接触面积，提高了输出。

Xu设计了一种圆柱形电容式液位传感器，利用液体介电常数随液位变化的变化。基于相同原理，L-S TENG也可用于检测浸没深度。随着水位变化，与固体的接触面积发生变化，改变内部电容并产生可检测信号。TENG输出的脉冲电压信号转换为包含液位信息的谐振频率正弦信号，并无缝传输至接收器。使用磁芯线圈进行信号传输，无线传输距离可达1.5米，适用于实时液位监测。该设计有效监测液位变化，无需电子设备或芯片。

L-S TENG水位传感器可用于检测吃水深度，这对于确保航行安全和便于船舶控制非常重要。Zhang提出了一种基于液-固管状摩擦电纳米发电机（LST-TENG）的自供电水位传感器，由沿PTFE管均匀分布的多个铜电极制成。当水流过管子时，它在主电极和底部电极之间诱导电荷流动，如图12b所示。通过电压导数的峰值准确测量水位变化，精度高达10毫米。

大多数水位传感器的机制基于液固接触起电，由于其单一机制，存在 certain限制。一些研究人员考虑将液固接触起电与气固和固固接触起电结合。对于水槽水位传感，Li提出了另一种基于气泡在液体中运动的方法。当气泡在充满液体的PTFE管中移动时，它改变气液和固液界面之间的接触，产生摩擦电荷，如图12c所示。这些电荷在电极处诱导电信号。当水位变化时，气泡的位置移动，改变电输出，从而允许准确检测水位。这些传感器避免固体表面之间的直接摩擦，减少传感器磨损并延长其寿命。此外，它们表现出更强的环境适应性，在变化的温度和湿度条件下保持稳定的输出性能。此外，气固界面 demonstrates高电荷生成效率，长期使用后具有稳定的电压输出（≈17.5 V）。最后，气固界面的设计提供灵活性和适应性，适用于各种传感器结构和应用，特别是在能量收集和水位监测中。由于水位传感器依赖于气泡在液体中的运动，气泡运动的速度和稳定性可能影响传感器的性能，特别是在复杂环境条件下。由于LS-TENG的限制，其输出随着液体介质盐度的增加而下降，损害传感器灵敏度。因此，一种能够在液体介质盐度上升时产生一致输出的摩擦电纳米发电机对于稳定监测液相物质状态至关重要。Shi提出了一种自适应双模式摩擦电纳米发电机，用于实时监测储罐和船舶舱室中的液位，如图12d所示。这里的工作模式是液-固接触分离、起电和固-固接触起电的结合。与液-固接触分离摩擦电纳米发电机的单一操作模式相比，研究的设备提供了来自固-固接触起电的额外输出。与单一液-固摩擦电纳米发电机不同，自适应双模式摩擦电纳米发电机的输出不会随液体介质中的离子浓度变化。监测开路电压信号揭示了信号与液位振荡之间的关联。因此，开路电压可用于实时指示液位变化。

3.5 L-S TENG Water Wave Sensors

波浪监测对于海洋工程建设、海洋资源开发利用、 maritime安全和海洋灾害预警至关重要。TENG水波传感器由于能够利用海洋波能的同时监测关键波浪参数而日益受到关注。许多研究将TENG波传感器分为固定式和浮动式。大多数波传感器是S-S TENG，尽管一些研究应用了L-S TENG。这些传感器基于摩擦电效应运作，其中水与固体表面的相互作用产生电荷。这一特性在海洋环境中特别有益，那里电源通常难以部署。L-S TENG波传感器可将海洋波浪的机械能转换为电信号，是海洋工程、海上平台监测、海洋资源开发和 maritime安全等应用的理想选择。它们的自供电性质允许它们自主运行长时间，提供波高、频率和其他对预警系统和灾害预防至关重要的参数的实时数据，以及确保海上结构的稳定性。

Xu提出了一种基于液固界面的高灵敏度波传感器。该TENG波传感器的工作机制基于液固界面的摩擦电效应。当海洋波接触传感器的PTFE表面时，电荷转移发生在接触点，在电极之间产生电场，如图13a所示。随着波浪上升和下降，传感器表面上液体的接触和分离导致电压波动，可用于测量波高和频率。通过增强表面疏水性（如通过等离子体蚀刻增加PTFE薄膜的表面粗糙度），减少表面上的水残留，提高波高检测的准确性。传感器在不同水位、波频率和盐度条件下保持稳定，适用于海洋环境中的实时监测，具有毫米范围内的精确波高检测能力，灵敏度为23.5 mV mm^?1。

Liu报道了一种 novel水波运动传感器，根植于水波摩擦 through结合L-S TENG和接触?分离TENG形成集成工作模式，如图13b所示。当波浪推动液体与固体表面（如PTFE表面）相互作用时，发生摩擦，导致电荷转移和电流生成。随着波浪波动，液体与传感器表面之间的接触和分离导致电压和电流变化，可用于监测波高和频率等参数。该传感器结合摩擦电和接触-分离模式TENG，在不同水位和波浪条件下保持良好灵敏度和响应性。然而，该传感器尚未在海洋环境中进行实验验证，其检测精度仍然未知。

Wang提出了一种新的基于曲率效应的浮动式TENG（C-TENG）以适应波浪形状。该TENG波监测传感器结合浮动球设计和曲率效应，利用液固界面的摩擦电效应。当波浪导致浮动球上下移动时，PTFE杆接触液体，导致电荷转移和电场的创建。由于波浪波动导致的浮动球上下运动导致PTFE杆与液体之间的接触和分离，产生电压信号。这些信号用于检测波高和频率。浮动球的曲率效应增强了液固界面的接触，PTFE表面的疏水设计确保了在不同波浪条件下的高灵敏度和检测精度。C-TENG适用于近岸环境，可通过浮子结构监测波高和频率，允许用于低幅度波能量收集。通过改变电极长度、杆位移、溶液浓度和管直径优化输出电压和能量收集效率。

Zhang将空心球浮子与TENG结合，设计了一种自供电和高性能的摩擦电海洋波谱传感器（TOSS），可以测量任何方向的海洋表面水波，并消除海水对传感器性能的影响。其操作依赖于空心球浮子和滑动模式管状TENG。当波浪推动浮子上下移动时，内部电极与PTFE表面接触和分离，产生电信号，如图13c所示。TOSS表现出超高灵敏度，达到2530 mV mm^?1，波高和周期的 minimal检测误差为0.1%，并能实时监测波高、周期、频率、速度、波长和陡度等海洋波参数。与C-TENG更适用于近岸、小幅度波检测且灵敏度较低不同，TOSS设计用于复杂海洋环境中的多参数检测。

当考虑传感器成本时，应考虑到防水和防腐因素。此外，机械结构和电源管理也需要优化，以匹配不规则水波和海洋环境变化引起的季节性变化。因此，Liu开发了具有薄膜结构的自供电传感器，基于结合摩擦起电和静电感应。最外层的热缩薄膜与水摩擦接触，使设备能够检测水波的形状。此外，嵌入的传统TENG结构有助于在水波达到一定强度时放大输出。这两种能量收集机制的集成使设备能够有效检测波形放大的变化。设备在水下条件下的长 operational寿命由最外层聚氯乙烯（PVC）层的 exceptional疏水特性确保，该层还具有卓越的静电特性，有助于热缩薄膜基TENG的卓越输出性能。该设备能够在波形变大时以 suitable间隙阈值指示汹涌波形。

3.6 L-S TENG Rain Sensors

降雨信息，包括降水量、频率和特定时期内的分布，展示了特定地点的季节性变化和气候变化。降雨信息的获取和利用对农业生产、水资源管理、天气预报、气象预测和自然灾害预防具有重要意义。雨传感器在环境监测、天气预报和城市基础设施管理中发挥着关键作用。雨量计作为降雨信息无线传感器网络中的一个节点，是用于检测降水开始和结束时间以及测量特定区域降雨量的重要