基于不倒翁结构的多层摩擦纳米发电机(TB-TENG)在波浪能收集中的创新应用

为解决波浪能收集技术中触发阈值高、发电效率低的问题，研究人员开发了一种新型不倒翁结构摩擦纳米发电机(TB-TENG)。该装置通过球形滑动轴承实现多自由度摆动，在模拟波浪条件下(速度1250 mm s-1，位移80 mm)可产生456 V开路电压和35.8 μA短路电流，功率密度达8.35 W m-3，60秒内可为47 μF电容充电至2.26 V，成功驱动商用LED等电子设备，为海洋能源开发提供了新思路。

　　

能源危机日益严峻的背景下，波浪能作为一种潜力巨大的可再生能源备受关注。这项研究创新性地从中国传统玩具不倒翁获得灵感，开发出多层结构的摩擦电纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator, TENG)。该装置通过独特的球形滑动轴承设计，实现了多自由度摆动机制，完美解决了传统波浪能收集装置的两大痛点：高触发阈值和低效能量转换。

精妙的折叠结构设计大幅增加了接触面积，当遭遇波浪冲击时，装置会产生惯性运动并引发锥体与壁面的碰撞。在模拟测试中(波浪速度1250 mm s^-1，位移80 mm)，这个"不倒翁发电机"交出了亮眼成绩单：456 V的开路电压、35.8 μA的短路电流，以及8.35 W m^-3的功率密度。更令人惊喜的是，仅需60秒就能将47 μF的电容器充电至2.26 V，足以点亮数百个商用LED灯。

这项突破不仅为海洋环境监测设备提供了可靠的自供电解决方案，更开创了低频波浪能高效收集的新范式。其独特的机械设计思路，为未来开发适用于复杂海况的能量收集装置指明了方向。