河北小大教程目团队Nano Energy：脉冲式磨擦纳米收机电的普适性无源下效电源操持电路 – 质料牛

发布时间：2025-05-18 02:31:51 来源： 作者：重大发现

引止

随着电子疑息足艺的河北去世少，电子器件战传感器的小大性无效电体积战功耗愈去愈小，那使患上从其工做的教程情景中患上到能量，真现自驱动化成为可能。目团y脉磨擦人们回支了多莳格式从情景中患上到能量，队N电如电磁收机电、冲式持电压电纳米收机电、纳米磨擦纳米收机电等。收机正在那些格式战足艺中，普适电磁收电足艺，源下源操基于法推第电磁感应定律，质料牛是河北为人们斲丧糊心供能的小大能源，它需供较下的小大性无效电工做频率。此外，教程较小大的目团y脉磨擦体积战份量使其已经便于跟电子器件战传感器妨碍散成。压电纳米收机电 (PENG) 基于质料的压电效应，可能将机械能转化为电能。但其受质料及情景的限度较小大，输入电压及能量不敷。做为一种齐新的能源足艺，基于磨擦起电与静电感应效应耦开的磨擦纳米收机电 (TENG) 同样可能直接将情景中的种种百般的机械能，直接转化为电能。与电磁收机电比照，其正在较低的工做频率下具备较下的能量转化效力。与PENG比照，其输入电压及能量提降了3-4个数目级，且其所用的质料战能量去历减倍普遍。将TENG与电子器件正在详细的工做情景中实用的散漫起去，去世少自驱动的电子器件或者系统，将是可脱着电子器件战物联网中传感器的去世少标的目的。

功能简介

远期，河北小大教特种功能质料教育部重面魔难魔难室程目传授课题组的钻研功能“A Universal and Passive Power Management Circuit with High Efficiency for Pulsed Triboelectric Nanogenerator”正在国内驰誉刊物Nano Energy (IF=15.548, JCR一区)上宣告。正在本工做中，为体味决TENG输入阻抗下、与电源操持电路阻抗不立室的问题下场，设念了一种基于脉冲式磨擦纳米收机电 (Pulsed-TENG) 的具备普适性的无源电源操持电路。对于基于静电振动开闭的脉冲式磨擦纳米收机电(Pulsed-TENG)的立室阻抗妨碍了钻研，实际合计下场批注Pulsed-TENG的等效阻抗为整。正在模拟中，收现立室阻抗为0.001 Ω时，输入电压及能量仍可能抵达最小大值。那讲明了Pulsed-TENG的输入能量可能贯勾通接最小大化，不受背载电阻的影响，很好的处置了TENG与电源操持电阻阻抗不立室的问题下场。而后经由历程模拟战真践测试对于基于静电振动开闭的Pulsed-TENG的无源电源操持电路的能量存储效力妨碍了钻研。模拟下场隐现其总能量存储效力可能抵达83.6%，正在真践的充电测试中，能量存储效力为57.8%。且操做此电路存储的电能可能驱动商用合计器与温度干度传感计等电子器件。由于输入阻抗患上到了最小大水仄的降降，初终贯勾通接输入能量的最小大化，基于静电振动开闭的Pulsed-TENG及其无源电源操持电路组成的系统将正在自驱动电子器件战物联网中有普遍的操做远景。硕士去世秦怀圆战顾广钦专士为论文的配开第一做者，程目教授战杜祖明教授是本文的配激进讯做者。

图1 Pulsed-TENG的挨算与工做道理示诡计。

(a) 基于静电振动开闭的脉冲式磨擦纳米收机电的挨算示诡计;

(b) 基于静电振动开闭的脉冲式磨擦纳米收机电的工做道理图，（a）初试形态；（b）静电排汇力小于回问力的形态；

（c）静电排汇力小大于复原力的形态；（d）产去世电荷转移的形态。

图2 传统转盘式自力层TENG战TENG-EVS的输入特色。

(a) 传统转盘式自力层TENG的短路电流直线，插图为丈量短路电流的电路道理图；

(b) Pulsed-TENG的输入电流直线，插图是用于丈量输入电流的电路道理图；

(c) Pulsed-TENG正在背载为0.001Ω时的实际合计战模拟的输入电压；

(d) Pulsed-TENG的模拟输入电压战能量随背载电阻的修正的直线。

图3 无源电源操持电路的能量转移历程及模拟的能量存储效力。

(a-b) 基于Pulsed-TENG的无源电源操持电路的两个能量转移阶段；

(c) 无源电源操持电路中经由历程电感的电压；

(d) 无源电源操持电路中经由历程电感的电压正在第一个充电循环的放大大图；

(e) 无源电源操持电路中储能电容C₂的电压随充电循环修正的直线；

(f) 无源电源操持电路单个充电循环的存储能量战能量存储效力随充电循环修正的直线；

(g) 无源电源操持电路单个充电循环的能量战能量存储效力随储能电容C₂的电压修正的直线；

(h) 无源电源操持电路总能量存储效力随充电循环修正的直线

图4 TENG-EVS正在不开电容、不开电感下的充电直线、输入能量战能量存储效力的真践测试下场。

(a) 不开电容器下的无源电源操持电路储能电容C₂的电压随时候修正的直线；

(b) 不开电容器下的无源电源操持电路存储的能量随时候修正的直线；

(c) 不开电容器下的无源电源操持电路的能量存储效力随时候修正的直线；

(d) 不开电感下的无源电源操持电路储能电容C₂的电压随时候修正的直线；

(e) 不开电感下的无源电源操持电路存储的能量随时候修正的直线；

(f) 不开电感下的无源电源操持电路的能量存储效力随时候修正的直线。

图5 基于Pulsed-TENG无源电源操持电路驱动电子配置装备部署的演示。

(a) 基于Pulsed-TENG的无源电源操持电路驱动电子配置装备部署的电路图；

(b) 无源电源操持电路选用不开电容器时驱动温度干度计时的电压直线；

(c) 无源电源操持电路驱动温度干度计同样艰深工做的真物图；

(d) 无源电源操持电路驱动合计器的真物图。

文章链接：

A universal and passive power management circuit with high efficiency for pulsed triboelectric nanogenerator. (Nano Energy, 2020, 68, 104372)

网址链接:

 https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104372 

本工做患上到国家做作科教基金委、河北省科技厅战河北小大教的经费反对于。

做者简介

程目，男，1978年去世，专士，教授，专士去世导师，国家劣秀青年基金患上到者，河北省下校坐异团队带头人，河北省科技坐异细采青年，河北省教术足艺带头人。2003年起，正在河北小大教特种功能质料教育部重面魔难魔难室工做，2013-2016年正在佐治亚理工教院做拜候教者，处置纳米挨算与光电器件的钻研。正在ACS Nano、Adv. Mater.、Nano Energy、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Angew. Chem.、Appl. Phys. Lett.等期刊宣告SCI论文50余篇。主持国家做作科教基金3项，患上到河北省科技后退两等奖2项。尾要钻研标的目的有：纳米挨算与光电器件，纳米收机电，自驱动传感器等。

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chenggang129@126.com

chenggang@henu.edu.cn

本文由河北小大教程目团队供稿。

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