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Adv. Funct Mater.:自供电静电驱动系统的摩擦纳米发电机
2017-03-24

  Adv. Funct Mater.:自供电静电驱动系统的摩擦纳米发电机

  【引言】

  由于自供电的纳米技术在便携设备、可穿戴电子器件和人机交互技术等方面的广泛应用,而受到广泛的关注。在众多迅猛发展的可再生能源收集技术中,摩擦电发电机(TENG)得益于可以直接将机械运动转换成电能,被视作为很有前景的自供电系统核心元件。TENGs具有制造工艺简单,成本低,环境友好和应用广泛等优点。它不仅可以作为一些微电子器件的电力发电机,而且可以自发的形成高压静电场,用来作为电刀机械系统,光学器件或者是穿戴式电子的高压电源。

  【成果简介】

  近日,来自中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林教授和陈翔宇副研究员(共同通讯作者)在Adv. Funct. Mater上发表了题为Self-Powered Electrostatic Actuation Systems for Manipulating the Movement of both Microfuid and Solid Objects by Using Triboelectric Nanogenerator的文章。他们使用静电激励器和摩擦纳米发电机来驱动促动器,以达到自供电的效果。在TNGs提供的高静电场条件下,借助库仑力对微小的流体或固体颗粒直接操作。通常这些微小物体无法被常见的机械工具驱动,该团队利用静电驱动系统(EAS)驱动并完成了多次实验。

  【图文导读】

  图1.自供电EAS操纵微流体的原理图

  

  a.单电极TENG驱动水滴的结构设计图

  b.ICP处理之前的聚酰亚胺薄膜SEM照片

  c.ICP处理之后的聚酰亚胺薄膜SEM照片

  d.含氟无乙烯丙烯( FEP)ICP处理后的SEM照片

  图2.原理释义图

  

  a.EAS工作原理图

  b.水滴受力移动的原理图

  c.水滴增长率随差距增大的变化图

  图3.EAS详细操作性能图

  

  a.不同初始位置的驱动距离

  b.液滴体积的驱动距离的影响

  c.不同电极间隙长度的驱动距离

  d.TENG不同分离高度的驱动距离

  图4.EAS控制液滴的实际应用

  

  a.机械手的设计与工作机理

  b.液滴汇合前后的照片

  c.酚酞和氢氧化钾的影响

  d.三种不同接触角度的实验

  e.三种不同驱动距离的实验

  图5.自供电EAS驱动微小的固体

  

  a.EAS系统的结构设计

  b.TENG驱动下小球产生不同偏转角度

  c.小球在聚酰亚胺薄膜上发生不同角度和距离的偏转

  图6.自供电EAS驱动颗粒旋转运动的进一步验证

  

  a.驱动系统的结构设计图

  b.小球的偏转角度

  c.小球受驱动条件下不同偏转的角度和速度

  【小结】

  该团队制作的70cm2的摩擦纳米发电机,可以驱动水滴在间隙中移动2cm。同时,具有同样电荷的极性,不同的组件的两个液滴也可以为自供电的EAS所控制。对于其他类型固体,如小的铁质球体,EAS也具有同样的功能。通过各种实验证明,这种自供电的EAS在微小的推进装置、电机系统和人机交互等方面有很好的应用前景。

  原文链接:Self-Powered Electrostatic Actuation Systems for Manipulating the Movement of both Microfluid and Solid Objects by Using Triboelectric Nanogenerator ( Adv. Funct. Mater., 2017, DOI:10.1002/adfm.201606408 )

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