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近日，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所和美國(guó)佐治亞理工學(xué)院聯(lián)合研究小組設(shè)計(jì)和制作出大功率二維平面摩擦發(fā)電機(jī)，并成功展示了其通過(guò)收集環(huán)境中的機(jī)械能來(lái)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)常規(guī)電子產(chǎn)品的能力。相關(guān)成果日前發(fā)表于《自然—通訊》期刊。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家認(rèn)為，這種被稱(chēng)為“回轉(zhuǎn)摩擦發(fā)電機(jī)”的新型發(fā)電裝置能將微風(fēng)、水流，甚至人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，不但效率高，而且成本低廉。
“該成果展示出大功率納米發(fā)電機(jī)能夠廣泛地應(yīng)用于收集包括空氣流動(dòng)、水體流動(dòng)和人體活動(dòng)在內(nèi)的多種機(jī)械能的可能性，開(kāi)創(chuàng)了自驅(qū)動(dòng)便攜式電子設(shè)備的實(shí)用化進(jìn)程。”研究負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院外籍院士、美國(guó)佐治亞理工學(xué)院教授王中林在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪(fǎng)時(shí)表示。
由朱光、陳俊等組成的主力團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，摩擦納米發(fā)電機(jī)的兩個(gè)工作部件在相互滑動(dòng)的過(guò)程中，電極之間的電荷轉(zhuǎn)移量可以通過(guò)材料表面有序圖案化得到極大提高，并和圖案密度呈準(zhǔn)線(xiàn)性關(guān)系。科學(xué)家設(shè)計(jì)出兩種圖案化陣列結(jié)構(gòu)，使摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出功率實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。
在第一種結(jié)構(gòu)中，發(fā)電機(jī)由平面化的圓形定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。當(dāng)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速率為3000轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，該發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率為24%。在第二種結(jié)構(gòu)中，圖案化網(wǎng)絡(luò)由一組平行的微型線(xiàn)性陣列組成。當(dāng)兩部件之間的相對(duì)滑動(dòng)速率為10米/秒時(shí)，該發(fā)電機(jī)的平均輸出功率高達(dá)3瓦。研究人員還通過(guò)高分子納米顆粒潤(rùn)滑處理，進(jìn)一步降低了摩擦滑動(dòng)的能量損耗，使能量轉(zhuǎn)化效率接近50%。
“作為直接供電源，它們能夠?yàn)槿粘Ｓ们蛐螣襞莸入娖魈峁┻B續(xù)的電力。”王中林說(shuō)。此外，研究人員還進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出了一套完整的小型供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有降阻抗、整流、儲(chǔ)能和穩(wěn)壓等功能，能夠提供恒壓穩(wěn)定的直流輸出，從而為包括手機(jī)在內(nèi)的多種常用電子產(chǎn)品提供實(shí)時(shí)電力或?yàn)槠渲苯映潆姟?

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