从雨滴获取电能！我国科学家利用摩擦纳米技术发明新型...

疯疯颠颠

　　2018-03-10 07:29技术/新能源

　　我们都知道太阳能电池板（Solar panel）是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置。所以，一直以来，一个致命的缺陷就是阴雨天它会变得很无能。

　　但是，近日一条来自中国光学期刊报道让人眼前一亮，苏州大学研发出一种基于摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator, TENG）技术开发的混合材料太阳能电池板，雨天照样发电并存储电能！

　　

　　这项研究成果来自于苏州大学功能纳米与软物质研究院的孙宝全教授课题组与孙旭辉教授课题组共同协作，他们已将论文发表在 ACS Nano 上。

　　从雨滴中获取电能，这听起来有点不可思议，科学家们到底用了什么高端技术？教授解释道，他们主要利用了雨滴在材料表面运动产生的摩擦纳米发电效益，从而在雨天时收集电能。

　　

　　雨滴在材料表面的运动产生摩擦发电效益示意图

　　听起来这个原理十分高大上，但是这么一说你可能就理解了。我们从很小的时候就知道尺子摩擦头皮后可以吸起碎纸屑，这就叫摩擦起电。

　　基于此，科学家就发明了摩擦纳米发电机（Triboelectric Nano Generator，TENG），它的原理是通过利用材料之间摩擦引起的电荷转移，实现了一举一动都能发电的梦想。

　　给两种材料接上外电路，再开合这两种材料。两种材料接触时，电子转移，这是摩擦起电。

　　把两种材料拉开一个小距离，材料两端的电极层会产生电位差（电压降），这是静电感应。

　　为了屏蔽这个电压降，电子从外电路流动，产生电流。两种材料不断地拉开再合上，合上再拉开，就产生交变电流信号。

　　

　　简易纳米发电装置和纺织品摩擦发电手套

　　所以说，摩擦纳米发电机自供电传感系统，可利用外部环境机械振动产生电能从而实现供电。

　　在这项新研究种，科学家们设计出一个新型混合太阳能电池板，它的顶层材料采用了聚二甲硅氧烷聚合物，而下一层采用了聚（3,4-乙烯二氧噻吩）- 聚苯乙烯磺酸（PEDOT/PSS)）。

　　在雨滴下落时，滑落运动会产生摩擦，顶层就会被激活， 聚合物与下一层接触，而 PEDOT/PSS 材料的薄膜则充当起了两者的共同电极，使得摩擦纳米发电机直接向太阳能电池供电，让后者从前者收集电能。

　　晴天也不用担心，因为材料都是透明的，以确保光伏电池能够正常收集太阳能。

　　摩擦纳米发电机具有四种基本工作模式，分别为垂直接触-分离、水平滑动、单电极、独立层等，是一项颠覆性技术并具有史无前例的输出性能和优点。

　　

　　摩擦纳米发电机的四种基本工作模式

　　物理学认为，纳米发电机将是麦克斯韦位移电流继电磁波理论和技术后在能源与传感方面的另一重大应用，有可能引领技术革新并深刻改变人类社会。

　　

　　麦克斯韦位移电流理论对科技与产业的影响

　　摩擦起电和静电感应效应的耦合，如灵光一现，让摩擦发电机成为可能。而纳米技术的加入，像画龙点睛，让电流真正实现了有效输出。

　　摩擦纳米发电机效能十分高，是经典电磁发电机等同类技术没法比的。因为它的种种优点，所以得到了科学家们的赏识和重用。

　　摩擦纳米发电机作为微纳能源，可以应用于移动通讯、物联网、传感网络、健康监测、可穿戴设备、环境保护、基础设施监测、国防技术等方面。

　　

　　纳米发电机只需摩擦就能给手机充电

　　因为它具有能量密度高、体积小、重量轻、成本低和柔性透明等特点，有望成为新一代移动电能，改变人们的生活。与传统电池相比，无需更换电池，具有高电压低电流的特性。

　　纳米发电机开创了自驱动主动式自驱动传感的新领域，在传感终端无需电源供给的情况下，能够通过被测试对象自身的活动来产生电信号。

　　

　　在安保、监控、节能、人机交互界面、智能传感和智能皮肤等多个领域将有非常广阔的应用前景。

　　摩擦纳米发电机通过面积规模化，可以收集风、雨、海水动能中蕴藏的巨大能量。

　　

　　在风能再利用、海洋监测、国家安全，金属防腐，污水处理，雾霾清除等多个领域具有极为广阔的应用前景，有望成为新能源的重要组成部分，为扩大和优化宏观能源结构做出巨大贡献