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北京大学张海霞教授课题组在复合微能源研究领域取得重要成果

近日,北京大学信息科学技术学院张海霞教授课题组博士研究生韩梦迪、张晓升提出了一种基于压电与摩擦生电复合原理的纳米发电机,在复合微能源研究中取得重要进展。通过制备具有纳米结构的表面,该复合式纳米发电机可以直接点亮10个商用发光二极管(LED),单次发电即可使4位液晶屏持续点亮15秒。该器件结合独特的“r”型结构,可以集成在电脑键盘中,将日常打字过程中的机械能转化成电能并加以利用。

纳米发电机是目前能源领域的研究热点之一,基于各种原理的纳米发电机可以将机械能转化为电能,得到广泛关注。然而,以往研究大多只采用一种工作原理,能量转化效率并不高。韩梦迪、张晓升等人创造性地提出通过将压电发电与摩擦发电相结合,实现不同原理纳米发电机的优势互补,从而提高了能量转化效率。他们通过比较不同基底的压电纳米发电机输出,研究摩擦电荷对原有压电输出的影响,提出了一种简单有效地提升压电输出的方法。此外,还系统地分析了复合式纳米发电机的工作原理,对压电部分、摩擦部分的输出电压、电流、充电能力、可靠性等进行详细表征,并运用有限元方法仿真,具有高度的创新性。

这是张海霞教授课题组今年在微能源领域取得的系列进展之一。此前他们已经分别研发成功输出功率密度很高的纳米摩擦发电机(Nano LetterDOI: 10.1021/nl30456842013Nano EnergyDOI:10.1016/j.nanoen.2013.04.0092013)、国际上第一个透明的单表面摩擦纳米发电机(Energy Environment ScienceDOI:10.1039/C3EE42311E2013),以及能够有效收集环境中振动能的低频宽频带复合发电机(《中国科学E:技术科学》,2013, 56 (8): 1834-1841)等等,得到国内外同行的高度关注,对进一步实现具有自供能的消费类电子产品和物联网的自主式智能节点具有重要的意义和价值。

上述系列研究工作得到国家自然科学基金、国家“863计划”和教育部高等学校博士学科点专项科研基金等资助。