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近日，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所和美國佐治亞理工學院聯(lián)合研究小組設(shè)計和制作出大功率二維平面摩擦發(fā)電機，并成功展示了其通過收集環(huán)境中的機械能來實時驅(qū)動常規(guī)電子產(chǎn)品的能力。相關(guān)成果日前發(fā)表于《自然—通訊》期刊。業(yè)內(nèi)專家認為，這種被稱為“回轉(zhuǎn)摩擦發(fā)電機”的新型發(fā)電裝置能將微風、水流，甚至人體運動的動能轉(zhuǎn)化為電能，不但效率高，而且成本低廉。

 

“該成果展示出大功率納米發(fā)電機能夠廣泛地應(yīng)用于收集包括空氣流動、水體流動和人體活動在內(nèi)的多種機械能的可能性，開創(chuàng)了自驅(qū)動便攜式電子設(shè)備的實用化進程。”研究負責人、中國科學院外籍院士、美國佐治亞理工學院教授王中林在接受《中國科學報》記者采訪時表示。

 

由朱光、陳俊等組成的主力團隊發(fā)現(xiàn)，摩擦納米發(fā)電機的兩個工作部件在相互滑動的過程中，電極之間的電荷轉(zhuǎn)移量可以通過材料表面有序圖案化得到極大提高，并和圖案密度呈準線性關(guān)系。科學家設(shè)計出兩種圖案化陣列結(jié)構(gòu)，使摩擦納米發(fā)電機的輸出功率實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

 

 

在第一種結(jié)構(gòu)中，發(fā)電機由平面化的圓形定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。當相對轉(zhuǎn)動速率為3000轉(zhuǎn)/分鐘時，該發(fā)電機的能量轉(zhuǎn)化效率為24%。在第二種結(jié)構(gòu)中，圖案化網(wǎng)絡(luò)由一組平行的微型線性陣列組成。當兩部件之間的相對滑動速率為10米/秒時，該發(fā)電機的平均輸出功率高達3瓦。研究人員還通過高分子納米顆粒潤滑處理，進一步降低了摩擦滑動的能量損耗，使能量轉(zhuǎn)化效率接近50%。

 

“作為直接供電源，它們能夠為日常用球形燈泡等電器提供連續(xù)的電力。”王中林說。此外，研究人員還進一步開發(fā)出了一套完整的小型供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有降阻抗、整流、儲能和穩(wěn)壓等功能，能夠提供恒壓穩(wěn)定的直流輸出，從而為包括手機在內(nèi)的多種常用電子產(chǎn)品提供實時電力或為其直接充電。
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