《基于摩擦电的能量收集和传感（TENG）-2020版》
2020-03-26 20:35:27   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

Triboelectric Energy Harvesting and Sensing (TENG) 2020-2040

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摩擦起电是一种很普遍的、很古老的现象，无论是梳头、穿衣还是走路、开车都能遇到。大概从古希腊时期开始，这个现象就几乎是每个科研工作者，甚至是每个人都知道的物理现象。但是，人们常常认为摩擦起电是一种负面效应，在许多情况下人们都通过各种技术途径来回避摩擦起电。2012年，美国佐治亚理工学院的王中林教授小组发明了基于摩擦起电效应和静电感应相结合的摩擦纳米发电机（Triboelectric nanogenerator，TENG），能够将机械能转化为电能。

基于摩擦电的能量收集器——摩擦纳米发电机的四种基本工作模式：（a）垂直接触-分离模式；（b）水平滑动模式；（c）单电极模式；（d）独立层模式

摩擦纳米发电机是一项颠覆性技术，具有史无前例的输出性能和优点。与经典的电磁发电机相比，摩擦纳米发电机在低频下的高效能是同类技术无法比拟的。同时它也可以作为自驱动的传感器来感知由机械触发所产生的静态和动态过程的信息。

据麦姆斯咨询介绍，摩擦纳米发电机作为一种能量产生单元，在其内部的电路中，由于摩擦起电效应，两个摩擦电极性不同的摩擦材料薄层之间会发生电荷转移而使得二者之间形成一个电势差；在外部电路中，电子在电势差的驱动下在两个分别粘贴在摩擦电材料层背面的电极之间或者电极与地之间流动，从而来平衡这个电势差。现在，发展摩擦纳米发电机技术显得非常关键，也非常有必要，因为摩擦纳米发电机是一种非常有前途的能量收集方式，它不仅能收集大规模的能量也能攫取小尺度的能量。利用摩擦纳米发电机技术，很有可能能够解决全球能源短缺，也能够推动个人电子产品和自驱动系统的发展。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。

基于摩擦纳米发电机的自驱动传感系统

这种摩擦纳米发电机可以采用透明的柔性材料制造，未来它将有望取代普遍使用的触摸显示装置。此外，摩擦纳米发电机还可以用作高灵敏度压力传感器。研究人员称，这种压力传感器非常敏感，即便是落下的水滴或是飘落的羽毛这样的微小压力也会被准确地“感觉”到，该装置有望在有机电子材料和光电系统中获得应用。

（a）（b）：基于摩擦纳米发电机的自驱动压力传感器；（c）（d）（e）：位置传感器（来源：北京大学Nano Energy综述：基于摩擦纳米发电机的自驱动电子皮肤）

（a）（b）：基于摩擦纳米发电机的自驱动应变传感器；（c）（d）：滑动传感器（来源：北京大学Nano Energy综述：基于摩擦纳米发电机的自驱动电子皮肤）

摩擦纳米发电机的动力源既可以是已被人们认识的风力、水力、海浪等大能源，也可以是人的行走、身体的晃动、手的触摸、下落的雨滴等从没被人们注意过的环境随机能源，还可以是车轮的转动、机器的轰鸣等。

收集各种不同形式机械能的摩擦纳米发电机实物照片。这些摩擦纳米发电机和对应的机械能形式包括：（a）手指敲击的能量；（b）空气流动和风能；（c）平面内滑动能量；（d）封闭腔体的摩擦纳米发电机用来收集水能和机械振动能；（e）可以用纺织物收集的人体运动的动能；（f）用透明的摩擦纳米发电机来收集触屏操作的能量；（g）脚踏和手拍的能量；（h）水的冲击能量；（i）用圆柱形摩擦纳米发电机来收集转动能量；（j）置于鞋内的摩擦纳米发电机用来收集走路的能量；（k）柔性的栅格结构用来收集滑动的能量；（l）圆盘式摩擦纳米发电机用来收集转动能量

在IDTechEx研究的十二种类型能量收集技术中，有五种是通过捕获运动而产生电能的。本报告对最新的摩擦纳米发电机进行技术分析、市场预测及未来展望，同时包括自供电传感器和过滤器。

本报告关注重点是摩擦纳米发电机的商业前景和如何造福社会，以及实现应用所需的匹配要素。如果您想了解摩擦纳米发电机的目标市场——汽车、电子皮肤、可穿戴设备、海浪发电等，那么本报告刚好适合！

基于摩擦纳米发电机的电子皮肤总览（来源：北京大学Nano Energy综述：基于摩擦纳米发电机的自驱动电子皮肤）

基于波纹式弹性结构的摩擦纳米发电机用于波浪能收集

摩擦纳米发电机网络用于大规模收集波浪能

本报告可以帮助物联网、消费电子、电气设备、医疗保健、汽车、工业、能源等领域的投资者、潜在用户及公司明确摩擦纳米发电机的发展前景及商业化情况。报告还给出未来十年的市场预测，以及到2040年的技术路线图。

所有的机械振动能量收集在商业化方面都存在问题。摩擦纳米发电机的商业化能够成功吗？目前，摩擦电空气过滤器是第一款商业化产品。该产品源于王中林等人开发的一种高效旋转摩擦纳米发电机（R-TENG）增强型聚酰亚胺（PI）纳米纤维空气过滤器，用于环境气氛中颗粒物（PM）的去除。这种空气净化和雾霾处理的方法，具有零臭氧释放和低压降的优异性能。那么，接下来的商业化产品在哪？请您阅读本报告吧！

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