未来在摩擦:“腾格里”如何显示自供电传感器的前景
2天前通过Ikimi . o摩擦电动纳米发电机(或“TENGs”)并不是最新的技术。然而，全球研究表明，它们可能通过运动的力量改变能量收集技术。
一种未被提及的能量收集现象最近在可穿戴设备行业吸引了更多的研究，那就是摩擦电，即通过材料之间接触和运动产生的小规模电力——本质上就是摩擦。
作为一种自供电的解决方案，摩擦电纳米发电机(TENGs)已经成为物联网领域内嵌入式设计师越来越有吸引力的解决方案，因为它们可以将机械能转化为电能。
纳米发电机不同应用的高级描述。图片由Indra等和MDPI
作为最近的一个用例，来自阿尔弗雷德州立大学的研究人员研发了用于口罩和一般可穿戴设备的TENGs，使用磁性驱动器。除此之外，腾格里公司还如何展示出未来能源收集技术的前景?
什么是摩擦学纳米发电机?
早在2012年，来自乔治亚理工学院和中国厦门大学的研究人员，发现了TENGs并发明了摩擦发电机(TEG)。这个装置是根据静电感应原理，将各种机械能转化为电能的。腾可以从行走、振动、人体运动、风、转动的轮胎和流动的水中获取电能用于电气化。
TEG的原理图。图片由风扇等。
摩擦类型:接触、分离和滑动
腾有两种主要的操作模式:接触分离和滑动。
接触-分离模式涉及到TENG的两部分与另一部分接触和分离。这些部件由不同的材料组成，它们交换电荷，使它们具有不同的电势。这一过程导致电流在电极之间连接在每个部分的背面。
滑动模式包括两种材料相互滑动，在表面上产生电荷。就像接触-分离，这些不同的电势导致电流在两种材料背面的电极之间流动。
TENGs的两种主要模式:a)垂直接触分离和b)横向滑动。图片由郑等。
腾材料
表演滕氏取决于开发它们所用的材料;不同的材料具有不同的摩擦电荷。电势叠加原理表明，摩擦电荷的密度对输出电压和电流有影响。
用于开发TENGs的材料必须容易产生摩擦电荷并具有不同的摩擦电极化。腾通常由聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰胺、聚偏氟乙烯(PVDF)和丝绸材料制成。
摩擦电的实际应用
由于TENGs的摩擦电和能量收集的好处，研究人员已经将这项技术应用于许多嵌入式应用中，特别是那些涉及自供电传感器的应用。
无线传感器
摩擦电可以用来制造自供电传感器，称为摩擦电传感器(TES)。早在2014年，中国研究人员与佐治亚理工学院的研究人员合作开发了一种“自供电，超灵敏，柔性触觉传感器基于接触电气化。"
TES的结构被夹在几层中:在顶部是一层由聚合物纳米线改性的氟化乙丙烯(FEP)。接下来是三层结构——一层聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和两层透明的氧化铟锡(ITO)。最后，底层由尼龙薄膜制成。
图A) TES传感器的层，b)聚合物纳米线，c)制作的TES传感器。图片由朱等。
当施加20 mN的力时，TES产生相应的35 V。研究人员还发现，如果TES与信号处理电路集成，输出电压可以抵消警报(事实上，这是研究中演示的一个实验)。
生物力学监测
teng也是生物计量健康监测领域的一个热点。今年，同样的一些研究人员来自广西大学、中国科学院和乔治亚理工学院开发了一种智能可穿戴传感器(SWS)用于健康监测使用TENGs。
他们的SWS由聚四氟乙烯纳米线薄膜和铁(Fe)球铸成一个丙烯酸环铜电极，可以放置在衣服上。铁球在聚四氟乙烯层内的运动导致聚四氟乙烯下面的电极产生不均匀的电荷分布。
因此，电极间的电子转移是平衡局部电位分布并产生与铁球运动相对应的电流的必要条件。
A) SWS的层数和b)物理SWS的示意图。图片由Li等人和MDPI
研究小组在医疗场景中研究了他们的传感器，比如跌倒报警系统和睡眠监测。与其他组件配合使用，SWS能够在这些场景中发送和分析生物特征信息。
尽管这只是众多形式的TENG中的一种，问题仍然是TENG和摩擦电技术是否会超越研究领域。
腾的机遇与挑战
像太阳能电池、压电纳米发电机和热电电池这样的能量收集技术正在兴起，而teng可能是另一种加入该行列的技术。TENG的支持者声称，这些设备可以与其他发电机或能量采集器配对，用于混合动力系统，提高输出性能和稳定性。
腾格里具有能量转换效率高、制造简单、成本低、功率密度高的特点。不过，滕氏也面临着技术上的挑战。
例如，TENGs不适合高性能应用程序。它们也容易磨损，尽管石墨烯、碳纳米管和纳米银墨水等材料如果被纳入未来的TENG设计中，可能会提高性能和耐用性。滕氏还需要足够的包装来保护它们不受环境因素的影响。
随着未来研究揭开这些摩擦电挑战的解决方案，teng有可能成为未来自供电嵌入式系统的常见关键部件。
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