【48812】重庆大学《AFM》：以铁磁性金属颗粒为冲突资料的高耐久性冲突电纳米发电机

时间: 2024-04-22 11:18:24 |   作者: 华为网盘网页版登录入口

  近年来，跟着物联网的加快速度进行开展，为散布式传感器供电已成为一项严峻的应战。在各种散布式天然动力中，机械能因其在日常日子中的广泛散布而被认为是最适合自供电体系的动力之一。作为散布式动力搜集的有用办法之一，三电纳米发电机（TENG）能够搜集细小的机械能并将其转化为电能。TENG 具有作业频率低、重量轻、本钱低一级长处，是完成自供电环境监督测定的可行办法之一。现在，针对不同的作业场景，TENG 已开宣布四种不同的作业形式，包含笔直触摸别离形式、单电极形式、平面滑动形式和独立形式。其间，除触摸别离形式外，其他三种作业形式均根据冲突层在界面上的相对滑动。在平面滑动形式下，TENG大多选用硬触摸滑动冲突。这种形式会导致冲突层资料的严峻损失，并严峻约束TENG设备的经用性。旋转滑动形式三电纳米发电机（TENG）供给了高效、接连和高输出的低频机械能收集战略。但是，因为滑动进程中的资料磨损导致经用性差，约束了其实践运用。

  来自重庆大学的学者提出了一种新式铁磁金属颗粒三电纳米发电机（FMP-TENG），它运用颗粒的无限点触摸翻滚运动替代薄膜的平面触摸，来提高了TENG 的经用性。此外，因为铁磁金属微粒的触摸面积得到了广泛增强，FMP-TENG 的电输出得到了改进，电荷密度到达 103 μC m-2，峰值功率密度为 400 mW m-2Hz-1。通过 10000 次循环磨合后，FMP-TENG 表现出杰出的耐久性，在 110 000 次循环磨合后仍能坚持 97% 的输出电荷。此外，本研讨还规划了一种根据 FMP-TENG 的金属粉末质量传感器，可在动态机械渠道中有用检测铁磁性金属粉末的质量改变。本文提出了一种新式战略，以处理滑动 TENG 在实践运用中的经用性问题。与之相类似的文章以“High Durable Rotary Triboelectric Nanogenerator Enabled by Ferromagnetic Metal Particles as a Friction Material”标题宣布在Advanced Functional Materials。

  图 1.FMP-TENG 的结构和作业机理。a) FMP-TENG 的结构图 b) 定子相片 c) 旋转进程中铁磁金属颗粒的散布状况 d) FMP-TENG 的作业机制 e,i) 金属颗粒的水平缓笔直力剖析图。

  图 2. 资料对 FMP-TENG 输出的影响。a) 运用不相同负三电资料时 FMP-TENG 的输出电荷和电流；b) 不同金属颗粒与 FEP 薄膜冲突时的输出电荷和电流；c) 不同钴颗粒巨细时的输出电荷和电流；d) 不同质量钴颗粒时 FMP-TENG 的输出电荷和电流；e) 钴颗粒从安稳作业到雪崩的作业状况；f) 钴颗粒的显微相片；g) 不同巨细颗粒的混合示意图。FMP-TENG 的输出电荷和电流 h) 150 μm 颗粒中填充了不同巨细的钴颗粒；i) 150 μm 钴颗粒中添加了不同质量的钴颗粒（106 μm）。

  图 3. a) 不同转速下的输出电流、b) 电荷和 c) 电压。d) FEP外表的磁场模仿：i) 在固定间隔的不同磁感应强度下；ii) 在固定磁感应强度下，磁铁到定子上 FEP 薄膜的不同间隔。h) FMP-TENG 在 120 k 周期内的经用性。

  总归，本研讨初次提出了一种新式铁磁金属颗粒 TENG，它运用翻滚运动的无限点触摸替代薄膜资料的平面触摸，来提高了经用性。因为球形金属颗粒共同的翻滚冲突特性和翻滚冲突中的高触摸面积，FMP-TENG 可到达 103 μC m-2 的电荷密度和 400 mW m-2 Hz-1 的峰值功率密度。在开始的 10 k 次循环磨合后，FMP-TENG 表现出杰出的耐久性，在 110 k 次循环磨合后仍能坚持 97% 的输出电荷。这项作业为有用提高滑动 TENG 的经用性供给了一种新颖而有用的办法。此外，本研讨还开发了作业外表颗粒的实时质量传感体系，可运用于动态机械渠道中金属粉末的辨认和检测。（文：SSC）