●【Adv. Sustain. Syst. 】管状摩擦纳米发电机收集生物机械能

随着科学发展和技术进步，便携式电子器件的功率越来越小（mW-μW），人们对于待机时间长甚至是自供能的便携式电子器件的需求也越来越迫切。目前，绝大多数的便携式电子器件的能量来源仍然是电池，这种能量的供给方式不能保证耗能器件长时间、可持续的工作，并且电池的二次处理还会带来污染。现在已经有一些可持续能源的收集方式，如太阳能（光伏作用）、热电现象、水能和风能。但是这些方式都有场景限制，如太阳能受限于昼夜交替、阴晴天和光伏转换效率，热电现象受限于持续的温度梯度，水能受限于水具有较高的势能，风能受限于需要持续的足够强度的风力。这些能量显然不满足可持续、便携式电子的需要。

摩擦纳米发电机作为一种新的可持续的能源收集方式，在多种机械能收集方面展现出优势，尤其是生物机械能。生物机械能是一种低频、持续的绿色能源，获取简单，但是一直缺乏一种有效的收集方式。针对这个问题，中国科学院北京纳米能源与系统研究所张弛研究员指导的团队研制了管状摩擦纳米发电机，其中由柔性导电海绵作为内电极和摩擦层，柔软的硅胶管作为外摩擦层，具有可弯折、可拉伸和防水的特点（图a，b和c）。这种摩擦纳米发电机可以整合到鞋子底部，收集人体运动的机械能。该发电机的瞬时表面电荷密度能达到175 μC/ m2，瞬时电压高达200 V以上（图d）。将其与电源管理模块整合。实现了为电子表 （图e），温度计（图f），计算器（图g）等小功率器件的可持续供电并维持正常工作。

　　这一成果近期发表在Advanced Sustainable Systems期刊上（DOI: 10.1002/ adsu.201800081），文章第一作者是中国科学院北京纳米能源与系统研究所博士研究生刘国旭、硕士研究生李文健。

　　G. X. Liu#, W. J. Li#, W. B. Liu, T. Z. Bu, T. Guo, D. D. Jiang, J. Q. Zhao, F. B. Xi, W. G. Hu, C. Zhang*. Advanced Sustainable Systems 2018, DOI: 10.1002/adsu. 201800081.

（a）管状发电机的制作过程；（b）导电海绵的微观结构（SEM 图片，标尺是200 μm）；（c）管状发电机的机械能-电能的转换过程；（d）摩擦发电机在1200000 个周期中的峰值电压的变化（插图是循环前和循环后的输出电压波形的变化）；（e-f）电子表，温度计和计算器在柔性管状摩擦发电机的供能下，实现可持续的工作，图中是其电子表，温度计和计算器在工作过程中电源管理模块两端电压的变化）。