近日，上海交大振動、沖擊、噪聲研究所團隊在能量領域期刊Nano Energy上發(fā)表題為A self-regulation strategy for triboelectric nanogenerator and self-powered wind-speed sensor的研究論文，提出了一種自調(diào)節(jié)策略，使 TENG風能采集器根據(jù)風速變化自適應調(diào)節(jié)工作模式，顯著提高設備性能和使用壽命，實現(xiàn)自供能自然風速測量。鄒鴻翔和趙林川博士為共同第一作者，張文明教授為通訊作者。
小型風能采集可與傳感器集成，用于自供能生態(tài)監(jiān)測、氣候監(jiān)測、自然災害監(jiān)測和野外基礎設施監(jiān)測等，對保護和改善人類的生活環(huán)境具有重要意義。然而，風的隨機性和不規(guī)則性嚴重限制了風能收集和自供能傳感技術(shù)的應用。
圖1 器件設計與工作原理
圖2 自然風環(huán)境實驗
圖3 自供能風速測量傳感
本文提出一種具有自調(diào)控策略的摩擦納米發(fā)電機（TENG-SS），實現(xiàn)了自供能風速傳感。通過合理設計離心力和非線性磁力，摩擦納米發(fā)電機功能材料的分離和接觸程度可針對不同風速自動調(diào)節(jié)。風速較低時，氣動力小，在自調(diào)節(jié)下摩擦阻力也小，裝置容易啟動，磨損小；在高風速下，空氣動力可以克服更大的摩擦阻力，產(chǎn)生更多的電能。基于TENG-SS的工作原理，本文建立了動力學模型，并進行了實驗驗證，分析了關(guān)鍵參數(shù)對TENG-SS性能的影響。此外，在21600秒的自然風環(huán)境中，本文對有和無自調(diào)控策略的樣機進行了比較，證明了所提出的TENG-SS具有更好的電學性能和魯棒性。這種自我調(diào)節(jié)機制具有較高的電學輸出性能，減少摩擦阻力和材料磨損，并顯著提高設備性能和使用壽命。同時，TENG-SS可以用于自供能風速測量和無線信息傳輸。本研究提供了新的設計視角，即通過力學調(diào)控的方法，提高能量采集系統(tǒng)在復雜環(huán)境中的綜合性能。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.106990
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