近日，物理與電子工程學(xué)院2020級(jí)物理學(xué)專業(yè)學(xué)生龔少坤以第一作者，陳杰副教授為通訊作者，重慶師范大學(xué)為第一單位，在國(guó)際頂級(jí)期刊《Advanced Functional Materials》（中科院1區(qū)，TOP期刊，影響因子IF=19.0）上發(fā)表有關(guān)摩擦納米發(fā)電機(jī)的最新研究成果：Direct Current Triboelectric Nanogenerator Based on Contact Electrification, Air Breakdown, Electrostatic Induction, and Charge Leakage for Self-powered Applications。
與基于空氣擊穿的摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENGs）不同，最新提出的TENG設(shè)計(jì)具有高輸出功率密度，而不需要對(duì)放電通道進(jìn)行精確控制。然而，現(xiàn)有的研究主要將其直流電輸出歸因于靜電感應(yīng)，而未考慮電荷泄漏的關(guān)鍵因素。這一忽視極大阻礙了設(shè)備性能的提升，特別是在材料的選擇和優(yōu)化方面。在這里，直流電信號(hào)的產(chǎn)生最終源于材料電荷泄漏和空間靜電感應(yīng)。通過(guò)對(duì)器件工作過(guò)程中四種現(xiàn)象的理論分析、可視化和實(shí)驗(yàn)測(cè)量，建立了一種四重效應(yīng)機(jī)電轉(zhuǎn)換機(jī)制，優(yōu)化了材料的選擇規(guī)律。在新的材料規(guī)則下，與靜電感應(yīng)直流TENG相比，輸出功率密度增加了34.42%。在實(shí)際應(yīng)用中，使用電源管理電路將設(shè)備的充電率提高18倍。此外，該裝置的高電壓可以激活放電型紫外線管，在構(gòu)建自供電廢水處理系統(tǒng)方面顯示出巨大的潛力。本文提出的多重電荷行為以及材料的選擇規(guī)則，為實(shí)現(xiàn)直流TENG的高輸出功率密度奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
據(jù)悉，在陳杰副教授研究團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)下，龔少坤在摩擦納米發(fā)電機(jī)領(lǐng)域取得了系列研究成果。首先，他提出一種可堆疊的摩擦電磁雜化納米發(fā)電機(jī)，構(gòu)建了一個(gè)充分利用TENG高壓輸出和EMG大電流輸出的自供電環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；其次，基于磁速倍增器提出了一種普適性的分頻策略讓TENG和EMG在同一驅(qū)動(dòng)源頻率下，各自工作在其適合的頻率范圍，實(shí)現(xiàn)雜化發(fā)電機(jī)的高能量利用效率；最后，創(chuàng)新性地提出了一種利用金屬釓的磁卡效應(yīng)和磁化行為實(shí)現(xiàn)熱量的定向傳導(dǎo)和磁場(chǎng)的有效匯聚從而達(dá)到性能自增強(qiáng)的雜化發(fā)電機(jī)。相關(guān)成果分別以題為“Stackable Direct Current Triboelectric-Electromagnetic Hybrid Nanogenerator for Self-Powered Air Purification and Quality Monitoring”發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Advanced Energy Materials》（中科院1區(qū)，TOP期刊，影響因子IF=27.8，龔少坤第二作者）； “A Magnetic-Multiplier-Enabled Hybrid Generator with Frequency Division Operation and High Energy Utilization Efficiency”發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Research》（中科院1區(qū)，影響因子IF= 11.0, 《Science》合作期刊，龔少坤共同一作）、 “Achieving Self-Reinforcing Triboelectric-Electromagnetic Hybrid Nanogenerator by Magnetocaloric and Magnetization Effects of Gadolinium”發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Advanced Materials》（中科院1區(qū)，TOP期刊，影響因子IF=29.4，龔少坤第一作者）。
原文鏈接
