| （中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所首席科學(xué)家王中林院士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組近期公布了一項(xiàng)最新研究成果，證實(shí)了摩擦納米發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)具有對(duì)稱性和互補(bǔ)性，首次從理論高度提出了摩擦納米發(fā)電機(jī)是繼電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)之后，采用機(jī)械能發(fā)電的又一種重要方式，是具有可能和電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)同等重要的新能源技術(shù)。同時(shí)，該小組的研究成果顯示，摩擦發(fā)電機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)還具有輕便、用材便宜、功率密度高等優(yōu)勢(shì)，展示了摩擦發(fā)電機(jī)作為新能源技術(shù)向“大能源”應(yīng)用邁進(jìn)的廣闊前景。相關(guān)研究成果已發(fā)表在最新一期的《先進(jìn)材料》雜志上。
摩擦發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)供電的照片。
（a）點(diǎn)亮球形燈；（b）給手機(jī)充電；（c）給電子時(shí)鐘供電；（d）在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)下實(shí)時(shí)點(diǎn)亮LED燈；（e）在手臂晃動(dòng)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)時(shí)點(diǎn)亮LED燈；（f）轉(zhuǎn)速與開路電壓和短路電流的關(guān)系圖。
近年來(lái)，由王中林院士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)一直致力于研發(fā)摩擦納米發(fā)電機(jī)，其原理是利用摩擦生電和靜電感應(yīng)現(xiàn)象，可以驅(qū)動(dòng)微納米級(jí)的電子器件、給便攜式電子設(shè)備供電，乃至收集潮汐、風(fēng)能等傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)不易獲取的機(jī)械能，旨在將人們生產(chǎn)、生活中無(wú)處不在的各種“摩擦”變廢為寶，轉(zhuǎn)變?yōu)殡S手可用的電能，為機(jī)械能發(fā)電提供了一種全新的理念和視角。
在此研究基礎(chǔ)之上，由中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所副研究員張弛博士等組成的研究團(tuán)隊(duì)在王中林院士的指導(dǎo)下，系統(tǒng)而詳細(xì)地對(duì)比了摩擦納米發(fā)電機(jī)和電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)的工作原理、控制方程和輸出特性，提出并論證了摩擦納米發(fā)電原理與電磁感應(yīng)發(fā)電原理具有對(duì)稱性和互補(bǔ)性。
據(jù)張弛博士介紹，實(shí)驗(yàn)表明摩擦納米發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻約為十幾兆甚至上百兆歐，可以等效為內(nèi)阻很大的電流源；而電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻僅為幾歐或十幾歐，可以等效為內(nèi)阻很小的電壓源，兩種電源通過(guò)與電阻的串并聯(lián)形式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外電路供電的等效變換。同時(shí)，研究小組探索了基于上述兩種發(fā)電原理的混合式發(fā)電機(jī)，以及在不同模式下聯(lián)合工作的可行性，進(jìn)一步驗(yàn)證了摩擦納米發(fā)電機(jī)可以近似等效為理想電流源的特性，為摩擦納米發(fā)電技術(shù)在電路中的深入應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
研究小組闡述了摩擦發(fā)電機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，包括輕便、用材便宜、能量密度高等。研究數(shù)據(jù)顯示，摩擦納米發(fā)電機(jī)在單位體積和單位質(zhì)量的輸出功率密度分別為3.1瓦/立方米和 2.6毫瓦/千克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)的功率密度。此外，研究小組還探討了使用有機(jī)材料來(lái)提高摩擦納米發(fā)電機(jī)輸出功率的方法，這也為化學(xué)和材料學(xué)領(lǐng)域的研究開辟了新的方向。
上述系列研究成果，為摩擦納米發(fā)電機(jī)作為新能源技術(shù)向“大能源”應(yīng)用的邁進(jìn)提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，首次論證了摩擦納米發(fā)電機(jī)是繼電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)后采用機(jī)械能發(fā)電的又一種重要方式，是可與電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)相比肩的新能源技術(shù)，一旦實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將在自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)，以及國(guó)防科技等方面具有極其重要的應(yīng)用前景。
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