摩擦發(fā)電機(jī)研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述摩擦納米發(fā)電機(jī)自2012年被王中林院士首次報(bào)道以來，一直被認(rèn)為是將各種環(huán)境能量轉(zhuǎn)化為電能的最有效和可行的能源轉(zhuǎn)換機(jī)制之一[47]。一般認(rèn)為，摩擦電的產(chǎn)生是因?yàn)槟Σ疗痣姾挽o電感應(yīng)原理，當(dāng)介電常數(shù)不同的兩種材料之間相互接觸時(shí)，在材料的表面會(huì)形成黏結(jié)，然后在兩種材料之間會(huì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，以此來平衡兩種材料之間的電化學(xué)勢(shì)差。之后當(dāng)兩種材料發(fā)生表面分離時(shí)，由于材料得失電子能力不同，從而在易失電子的材料一方表現(xiàn)出正電性，易得電子的材料一方表現(xiàn)出負(fù)電性，在兩種材料表面呈現(xiàn)出電勢(shì)差。當(dāng)在兩種材料之間接上外部電路時(shí)，由于材料表面的電勢(shì)差，會(huì)驅(qū)動(dòng)外部電路中的電子定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電流。由于摩擦發(fā)電原理簡(jiǎn)單，且摩擦納米發(fā)電機(jī)工作方式多樣，適用范圍廣，易于制備，現(xiàn)已逐步發(fā)展成為一種重要的能源采集和轉(zhuǎn)換方式，具有廣闊的應(yīng)用前景。2012年，王中林院士團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種由聚酰亞胺（Kapton）薄膜和滌綸樹脂（PET）薄膜制備的上下層疊結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)[48]，其不同的工作狀態(tài)和對(duì)應(yīng)的材料表面電荷分布如圖1-1所示。當(dāng)施加外部應(yīng)力使層疊結(jié)構(gòu)變形時(shí)，兩種薄膜表面產(chǎn)生接觸摩擦，發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，在兩種材料表面分別產(chǎn)生等量異號(hào)的摩擦電荷；當(dāng)兩種薄膜材料分離時(shí)，在材料表面產(chǎn)生電勢(shì)差，從而在外部電路中驅(qū)動(dòng)電子移動(dòng)產(chǎn)生電流。圖1-1柔性摩擦納米發(fā)電機(jī)Figure1-1Flexiblefrictionnanogenerator2020年，X.C.Li等人報(bào)道了一種受DNA螺旋結(jié)構(gòu)啟發(fā)的螺旋摩擦納米發(fā)電機(jī)[49]，其結(jié)構(gòu)圖和工作狀態(tài)下電荷轉(zhuǎn)移原理圖如圖1-2所示。圖1-2仿生設(shè)計(jì)螺旋式摩擦電納米發(fā)電機(jī)Figure1-2Bioinspiredhelicaltriboelectricnanogenerators其中采用導(dǎo)電布和硅膠膜分別作為摩擦材料，導(dǎo)電布作為易失電子的正性摩擦材料，硅膠膜作為易得電子的負(fù)性摩擦材料，用尼龍作為結(jié)構(gòu)支撐層。在沒有外力作用下，兩種材料保持分離，沒有電荷轉(zhuǎn)移；當(dāng)受到外力作用時(shí)，螺旋結(jié)構(gòu)被壓縮，兩種材料之間產(chǎn)生接觸摩擦，發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，從而在外部電路中產(chǎn)生電流。2020年S.Choi等人報(bào)道了一種用于收集生物力學(xué)能量的高性能手持摩擦納米發(fā)電機(jī)[50]，如圖1-3所示。采用輕質(zhì)的材料設(shè)計(jì)輕巧的動(dòng)力傳輸單元，通過連接可用的商業(yè)電路如AC/DC轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)了恒定直流電壓的實(shí)時(shí)輸出。且由于其單次操作中實(shí)現(xiàn)極高的輸出周期數(shù)，使其能夠通過采用常規(guī)的倍壓電路來顯著提高開路電壓，升壓之后的電壓足夠高時(shí)，可以在沒有外部電源的室內(nèi)環(huán)境中產(chǎn)生微等離子體。該概念表明便攜式微等離子體發(fā)電機(jī)為TENG的應(yīng)用開辟了新的可能性技術(shù)。圖1-3手持式輕型摩擦納米發(fā)電機(jī)Figure1-3Hand-heldlightweightfrictionnanogenerator2020年X.Zhao等人報(bào)道了一種簡(jiǎn)單但高效的無線摩擦納米發(fā)電機(jī)[51]，用于收集風(fēng)能并可實(shí)現(xiàn)超靈敏的距離/障礙物感應(yīng)，如圖1-4所示，通過氣體帶動(dòng)結(jié)構(gòu)中間的TENG主體與兩側(cè)接收電極之間的接觸摩擦，產(chǎn)生電信號(hào)。通過研究TENG主體與兩側(cè)接收電極之間的不同距離（D）與摩擦產(chǎn)生的電壓(V)之間的關(guān)系，將此摩擦納米發(fā)電機(jī)作為自供電距離傳感器。此項(xiàng)研究展示了通過捕獲環(huán)境中的風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的摩擦納米發(fā)電機(jī)作為自供電多功能耦合傳感系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用。圖1-4流體驅(qū)動(dòng)的摩擦納米發(fā)電機(jī)Figure1-4Flow-Driventriboelectricnanogenerators參考文獻(xiàn)[1]趙一澤.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)初探[J].通訊世界,2019,26(01):117-118.[2]GubbiJ,BuyyaR,MarusicS,etal.InternetofThings(IoT):AVision,ArchitecturalElements,andFutureDirections[J].FutureGenerationComputerSystems,2013,29(7):1645-1660.[3]王陸彤菲.物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與研究綜述[J].數(shù)字通信世界,2017(10):31-32.[4]丁露,倪佳.物聯(lián)網(wǎng)與傳感器技術(shù)發(fā)展綜述[J].中國儀器儀表,2013(09):26-29.[5]薛波.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用綜述[J].通訊世界,2017(01):9-10.[6]陳濤.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].綠色環(huán)保建材,2021(02):43-44.[7]葉寧.論無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及應(yīng)用[J].科技資訊,2020,18(34):53-54+57.[8]王澤華.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2020,16(14):252-253.[9]王霽龍,劉巖,景媛媛,許慶麗,錢祥宇,張義紅,張坤.纖維基可穿戴電子設(shè)備的研究進(jìn)展[J].紡織學(xué)報(bào),2020,41(12):157-165.[10]ChangJ,MengH,LiC,etal.AWearableToxicGas-MonitoringDeviceBasedonTriboelectricNanogeneratorforSelf-PoweredAnilineEarlyWarning[J].AdvancedMaterialsTechnologies,2020.[11]WangJie,QianShuo,YuJunbin,ZhangQiang,YuanZhongyun,SangShengbo,ZhouXiaohong,SunLining.FlexibleandWearablePDMS-BasedTriboelectricNanogeneratorforSelf-PoweredTactileSensing[J].NanoMaterials(Basel,Switzerland),2019,9(9).[12]MarieChan,DanielEstève,Jean-YvesFourniols,ChristopheEscriba,EricCampo.Smartwearablesystems:Currentstatusandfuturechallenges[J].ArtificialIntelligenceinMedicine,2012,56(3).[13]劉津池,于淼,王俠.摩擦納米發(fā)電機(jī)在織物基智能可穿戴中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代紡織技術(shù),2020,28(04):53-63.[14]MarieChan,DanielEst`eve,ChristopheEscriba,EricCampo.AReviewofSmartHomes—PresentStateandFutureChallenges[J].ComputerMethodsandProgramsInBiomedicine,2008,91(1):55-81.[15]TakaoMoriandShashankPriya,GuestEditors.MaterialsforEnergyHarvesting:atTheForefrontofaNewWave[J].MRSBulletin,2018,43(3):176-180. [16]Hybr