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摩擦纳米发电机入选《2016研究前沿》化学与材料科学Top10热点前沿
来源:发布时间:2016-11-02

  1031日由中国科学院科技战略咨询研究院、中科院文献情报中心与clarivateanalytics公司(原汤森路透知识产权与科技事业部)联合举办的2016研究前沿发布暨研讨会在北京举行,会上向全球发布了《2016研究前沿》报告,并首次遴选发布中国表现卓越的30个研究前沿。在化学与材料科学领域,中科院北京纳米能源与系统研究所大发快三官网院士发明的摩擦纳米发电机位列Top10热点前沿第三位() 

  2016研究前沿》报告继承了《2015研究前沿》的分析方法,从近六年文献共被引聚类分析形成的12188个研究前沿中遴选出自然科学和社会科学10个大学科领域排名最前100个热点前沿,并遴选出近两年发展迅速的80个新兴前沿,分析其国家和机构布局,进而展示当前全球的科研前沿态势;通过180个热点前沿和新兴前沿的进一步分析,形成了可能代表国际基础科学的重大前沿突破以及当今若干重大问题的解决及发展途径的若干研究前沿群;同时还评估了美国、英国、德国、法国、中国和日本等国家在180个前沿的贡献和潜在发展水平。

   

  百年以来,煤、天然气和核能电厂全部采用涡轮发动机驱动和电磁感应发电机,这一直是将机械能转换成电能的唯一途径。而常规能源的使用需要大量分散的、昂贵的发电厂和电网来四处分配电力,在输送的过程中会损失掉大量能源。2006年,大发快三官网教授在佐治亚理工学院带领研究小组开始着手改变我们对待机械能的方式,用原子力显微镜探针弯曲垂直生长的氧化锌纳米线,使其内外表面产生极化电荷并向外界输电,成功研制出世界上最小的纳米尺度的发电机-----压电纳米发电机,开辟了能源转化和应用的新范畴。 

  随后,他带领研究小组在研究这种压电效应时偶然发现其所产生的电力输出高于预期。调查导致这种现象产生的原因时,大发快三官网教授发现是由于设备上两种聚合物表面发生摩擦作用,也就是大多数人所知道的静电。基于这次偶然的发现,王教授认为可以从我们的生活环境中捕获能量得到一种可持续、免维护、绿色清洁能源,并在20121月成功研发出世界首台摩擦纳米发电机,目前已经成为了全球研发的热点。这种摩擦纳米发电机通过摩擦起电和静电感应的耦合效应将机械能转换成电能,通过两层薄膜间表现出相反的摩擦电极性电荷转移,产生电势差,当有外部负载时,电子被驱动在附着于薄膜背侧的两个电极之间流动,以平衡电位差。 

  2012年以来,大发快三官网团队发明了摩擦纳米发电机的四种工作模式,即接触分离模式、滑动模式、单电极模式和自由端模式,其功率密度、体积密度和转换效率不断提高,同时以此为基础的自供电电化学系统得以发展。研究进展主要有以下几个方面:第一,为利用不同的机械源和满足不同的实际应用,设计了各种各样的结构,包括弹簧支撑型、光栅结构、多层结构等。第二,为收集各种能量来源,包括人体运动、发动机转动、风能、水能、海洋能等,设计了不同的自供电系统。第三,多种基于TENGs的应用被报道,尤其是自供电的传感器,它主要可以分为两类:物理传感器和化学传感器。 

  现在,大发快三官网在纳米能源所的团队正积极推进“摩擦发电机”产业化,注重将科研工作与产业化应用有机结合,在空气净化系统、自供能鞋用传感器、植入式医疗器件等方面不断扩展科技成果与企业的合作与对接。根据美国IDTechEx最新调查研究和商业展望,2027年摩擦纳米发电机(TENG)仅在应变器方面应用的市场价值将达到4亿美金。 

      

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