三相界面力调控的类固态液体滑块，用于高效且可靠的摩擦电纳米发电机

《Advanced Materials》：Three-Phase Interfacial Force Regulated Solid-Like Liquid-Slider for Highly Efficient and Robust Triboelectric Nanogenerator

液滑模式摩擦纳米发电机通过调控三相界面力实现高效稳定能量收集， palm-sized器件在30rpm下输出2856μJ/cycle，效率达63.47%，六个月连续运行稳定，并自主响应1.3m/s风启动无线监测系统。

　　

摘要

传统的滑动模式摩擦电纳米发电机通过固体-固体摩擦层之间的相对运动将低频机械能转化为电能。然而，保持紧密接触与减少界面摩擦之间的固有矛盾限制了该设备的能量转换效率和长期稳定性。本文提出了一种类似固体的液体滑块摩擦电纳米发电机（LS-TENG），其中液体的运动由一个液驱动器精确控制，该驱动器由一个亲水界面和一个疏水边界构成。通过理论分析和实验调节固体-液体-气体三相界面力，实现了液体滑块在不同倾斜角度（从水平到垂直）下的稳定运行。得益于液体的形状适应性和超光滑特性，这种手掌大小的LS-TENG在30转/分钟时每循环可输出2856微焦耳的能量，平均扭矩仅为0.73毫牛顿·米，能量转换效率达到了63.47%的创纪录高水平。优化后的固体-液体动态相互作用过程中的摩擦力确保了LS-TENG在连续运行六个月期间的优异稳定性。此外，即使在1.3米/秒的风速下，LS-TENG也能自主启动，为960个串联连接的绿色LED供电，并实现无线风速监测。在固体-液体摩擦电纳米发电机中调节三相界面力为高效可靠的机械能收集提供了可行途径。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充材料中找到。