由耦合光子激发和声子激发共同驱动的高性能微液滴摩擦发电机

《ACS Applied Electronic Materials》：High-Performance Microdroplet Tribogenerator Stimulated by Coupled Photonic and Phononic Excitations

微流体能量收集器通过油水两相流实现机械-声光复合能量捕获，利用微液滴浮栅调制电荷传输，优化流速（油0.01-0.08 mL/min，水0.003-0.04 mL/min）、声频（700 Hz）和光强（100 mW/cm2）后获得10 kW/m3功率密度，驱动1.8 V LED并设计多电极拓扑和ULSI阵列提升效率，实验验证待完成。

　　

本研究开发了一种微流体能量收集器（μEH），该收集器集成了机械能、声能和光能转换机制。通过使用油作为连续相、水作为分散相，μEH将油水流动转化为多相摩擦电能量收集器（TENG），从而最大限度地减少了电解现象。μEH还具有微滴操作晶体管（μ-DOT）的功能，利用流体微滴作为浮动栅极来调节电荷传输。通过对两相流动特性（例如，分散相：0.003–0.04 mL min^–1；连续相：0.01–0.08 mL min^–1）进行参数优化，并调整连续相的粘度，发现这些因素对摩擦电输出有直接影响，在同时施加机械激励（水流速0.01 mL min^–1、硅油流速0.02 mL min^–1）、声激励（700 Hz、10 dB）和光激励（100 mW cm^–2）的情况下，可实现10 kW m^–3的功率密度。定制电路对组合输出进行整流，以驱动1.8 V的发光二极管（LED），验证了该概念验证原型的可扩展性。该设备架构采用了多电极拓扑结构和超大规模集成（ULSI）兼容的阵列设计，以提高能量收集效率，不过其实际效果的实验验证仍有待进一步研究。这种将微滴操作浮动栅极场效应晶体管与混合能量收集机制相结合的方式，为这项技术在工业领域的更广泛和更有效应用开辟了道路。