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【Nano Energy】可用于智能轴承的动态磨损传感阵列
       
      智能传感器是智能制造的基础和核心,可用于获取机器运行过程中的物理状态信息,正朝着微型化、集成化、自供电的方向发展。聚合物基自润滑滑动轴承以其高承载能力、低摩擦、高耐磨性等优点,在机械设备中得到广泛应用。滑动轴承的磨损失效会导致运转异常甚至损坏整个机械设备。因此,监测滑动轴承的磨损状态对确定滑动轴承的工作状态或故障模式具有重要意义,是智能制造中故障监测的关键。近年来,摩擦纳米发电机作为一种新能源技术,可将微小的摩擦机械能转换为电能,非常有望作为主动式传感器,用于滑动轴承磨损状态的无源监测。
       最近,在中国科学院北京纳米能源与系统研究所张弛研究员和清华大学解国新副教授的共同指导下,博士生任一龙、刘国旭和硕士生杨航基于摩擦纳米发电机,开展了可用于智能轴承的动态磨损传感阵列研究,相关成果发表于《Nano Energy》期刊(DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104303)。该研究将电极嵌入以聚四氟乙烯 (PTFE) 为核、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 为壳的核-壳复合材料中,制成传感器单元。系统地研究和讨论了PTFE@PMMA层厚度、往复频率、滑动位移、电极宽度和铜棒直径等参数对传感器单元的工作机理和性能的影响。通过集成传感器阵列,实现了滑动轴承系统的动态磨损监测和定位,可用于检测滑动轴承系统多区域的磨损状态。该工作拓展了摩擦纳米发电机在聚合物界面磨损状态检测中的应用,有望推动智能轴承的发展。
图1 (a) 单电极磨损传感器的 (i-iii) 的制作过程和 (iv-vi) 和工作过程。(b-c) 不同PTFE@PMMA层厚度的磨损传感器的输出峰值开路电压 (Voc) 和输出峰值短路电流 (Isc)。(d) 滑动轴承的结构图、轴及磨损传感器的潜在应用。