一种利用水压差驱动薄膜变形的摩擦电纳米发电机，用于蓝色能源收集与自供电传感

《Sensors and Actuators A: Physical》：A Water-Pressure-Difference-Driven Film-Deformation Triboelectric Nanogenerator for Blue Energy Harvesting and Self-Powered Sensing

　　

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  提出了一种基于水压差的摩擦电纳米发电机。
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  设计了一种与大气相通的结构，以增强运动过程中的压力差。
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  证明了该装置在0.5赫兹频率下能够有效收集波浪能量。
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  该摩擦电纳米发电机利用波浪能量为LED指示灯、时钟和温度计供电。

章节摘要

引言

面对全球气候变化的紧迫挑战，开发清洁可再生能源已成为实现可持续发展的关键途径[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。此外，收集环境能源也越来越受到重视，因为这有助于实现自供电系统，满足大规模分布式能源网络的需求[6]、[7]、[8]、[9]、[10]。在各种环境能源中，海洋因其广阔的分布范围而备受关注

装置结构与工作原理

PDF-TENG的结构如图1a所示。当海浪波动时，薄膜会感受到不同的压力差，这种压力差会导致薄膜周期性伸缩，从而将水运动的机械能转化为电能，为包括LED指示灯、数字时钟和数字温度计在内的低功耗电子设备供电。图1b展示了PDF-TENG的爆炸图。其主体是一个立方体形亚克力腔室，该腔室的五个面（四个侧壁和

结论

本研究验证了基于水压梯度驱动的薄膜变形摩擦电纳米发电机在高效收集蓝色能量方面的可行性。在该装置中，泡沫层起到机械缓冲的作用，确保紧密的贴合接触，而氟化乙烯丙烯材料与铜材料的组合则由于两者显著的电负性差异而实现了有效的界面电荷传输。这种材料与结构的协同作用有效地

实验部分

PDF-TENG的制备：侧壁V形摩擦电纳米发电机单元的制备

(1) 使用尺寸为120毫米×55毫米×30微米的PET薄膜作为柔性基底。(2) 在PET基底一半长度的中心位置，粘贴一块单面铜带（55毫米×55毫米）。铜带的非粘合面朝上，作为第一层摩擦电层和电极。(3) 在另一半基底的中心位置，粘贴一块双面泡沫带（55毫米×55毫米×2毫米）

补充信息

变形引起的电势分布模拟图。亚克力腔室的工程图纸。在通风（与大气相连）和密封条件下的薄膜变形情况。该摩擦电纳米发电机的电输出特性。利用PDF-TENG收集的电能为数字温度计供电的演示。与近期报道的其他波浪能量收集装置的对比分析。COMSOL仿真中使用的材料参数及边界/加载条件。（PDF格式）

作者贡献说明

孟亚兵：撰写——审阅与编辑，指导，概念设计。尹春平：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，方法设计，实验研究，数据整理，概念设计。童行宇：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿。林云志：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究成果的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了海洋负碳排放计划、中国国家自然科学基金（编号42376148）、福建省教育厅中青年骨干教师科研项目（编号JZ240001）以及福建省自然科学基金（编号2024J01059）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

尹春平任职于中国厦门大学的航空航天工程学院。他的研究兴趣包括摩擦电纳米发电机、低频机械能收集、装置结构优化，以及用于海洋能源应用的自供电传感系统。

尹春平|林云志|童行宇|孟亚兵