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【学术】物理学院胡陈果教授课题组在Nature Communications发表研究成果

来自: 物理学院       作者:魏娟   编辑:邱楠       时间:2019-04-02

2019年3月29日,重庆大学物理学院胡陈果教授科研团队和中科院北京纳米能源与系统研究所王中林院士团队合作研究论文“Integrated charge excitation triboelectric nanogenerator” (完整的电荷激励摩擦纳米发电机)以重庆大学为第一单位和通讯单位在Nature 子刊Nature Communications 上发表。重庆大学刘文林博士为第一作者,重庆大学胡陈果教授,北京纳米能源与系统研究所王中林院士和佐治亚理工大学郭恒宇博士后为共同通讯作者。

随着便携式、可穿戴和物联网的快速发展,人们投入了大量的工作来发展可持续、便携式和分散能源。与此同时,与人类活动有关的环境机械能量为能量收集提供了一个理想的能量源。对比传统的电磁发电机,摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator , TEGN)由于其质量轻、低成本和高效收集低频能量的优点在近几年引起了广泛的关注。由于TENG的输出能量与其面电荷密度平方成正比,摩擦材料表面低的面电荷密度严重限制了TENG的实际应用。为了增加TENG的面电荷密度,人们从改善摩擦材料等多个方面来致力于提高面电荷密度,然而提高程度十分有限。为此,外电荷泵浦方法被提出来改善面电荷密度,并得到了1mC/m2的大面电荷密度,然而其低的电荷注入速度和复杂的结构限制了外电荷泵浦TENG的实际应用。

类似于传统的励磁发电机,该论文报道了结合倍压电路开发了完整的外电荷激励TENG和自电荷激励TEGN,通过结构设计实现了激励电荷直接储存在电极上并得到了1.25mC/m2的大面电荷密度。同时,相比于外电荷泵浦方法,自电荷激励模式下实现了10倍的电荷注入速度提升,并且去掉了泵浦TENG部分从而得到了更为简单的TENG结构。展示了自电荷激励TEGN在扩展TEGN实际应用中的巨大潜在价值。通过研究电磁发电机的发展历史,自电荷激励TEGN的实现也展现了TEGN在大尺寸、高电压发电应用方面的潜在可能。

该研究得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费的支持。