摩擦电能量收集-电子报-手机知网

发布者:admin 发布时间:2019-10-29 12:19 浏览次数:

  能源是决定我们生活质量的最重要资源之一。在过去的二十年中,移动电子产品的广泛应用和推广已经遍及我们生活的每个角落,能量收集也纳入议事日程。许多解决方案有时使用有毒材料,而其他形式则适用于结构电子产品。摩擦电效应被定义为由表面的接触和移动产生的少量静电,用于产生能量,该能量以非常低的功率收集并存储到功率传感器和电子设备中。

  摩擦电效应是这样一种现象,即当它们被摩擦在一起时,或者甚至在接触和移除时,在两种不同材料(其中至少一种是绝缘体)的物体之间转移电荷。因此,从运动开始产生张力。

  电荷的强度取决于许多因素,从材料的类型到接触表面的宽度,摩擦的强度等等。摩擦电是自古以来所有人都知道的现象的名称:一个典型的例子是玻璃或塑料棒在用特定布擦拭后吸引纸屑的能力,另一个例子是丙烯酸服装对我们头发的影响。

  静电荷的形成不一定需要摩擦。实际上,电子从一种材料到另一种材料的转移也通过简单的接触表现出来。一个例子是展开胶带(纤维素)。这里没有摩擦:当胶带展开时,胶带条与胶粘剂层接触,纤维素条带从胶水中移除,并且在分离时,电子从胶水转移到胶带上。胶水带正电,下面的胶带带负电。产生的电势大约为几十kV。固体与液体或气体之间也可能发生摩擦电效应。

  在已发表的文献中,有“摩擦电系列”,即最有可能产生或获得电子的材料清单,其中首先是玻璃,尼龙,羊毛,皮革和人发,而后者则是有聚四氟乙烯,聚氯乙烯,聚乙烯,聚酯和聚氨酯。

  摩擦电能“收割机”是利用两种材料之间的电气化接触原理来捕获传输的电力的装置。为了持续捕获能量,相应材料之间必须保持恒定的间隔。近年来,称为摩擦电纳米发电机(TENG)的摩擦电能收集系统开发取得了一定进展。这些系统需要最少的必要部件:至少两层摩擦电材料,它们之间的物理隔离,以及用于收集电力的电极,还有用于最大化收集效率的调节电路。可以在TENG的结构中使用不同的材料。

  能量管理策略的第一步是最大化从TENG到后端电路的电流传输。TENG可以如图1所示,使用整流器和串行开关来同步和释放最大能量。

  2012年,佐治亚理工学院的王中林教授首次展示了摩擦纳米发电机。摩擦纳米发电机可用于收集人体运动,行走,日常生活中所有可用但浪费的机械能,振动,机械启动,旋转轮胎,风,自来水等。

  以这种方式构思的主要电池尺寸为4.5×1.2cm,并且由厚度为125μm的Kapton和220μm的PET中的一种形成,所述PET既滑动又因此“摩擦”,并且还插入由两个可延展的片构成的两个电极Au/Pd-Au。Kapton和PET之间的摩擦通过电路收集,该电路可以获得约10.4mW/cm 3的电功率密度,在3.3V的端子处的电位差和约0.6μA的发射极电流(图2)。

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