利用電荷補償機制實現摩擦納米發電機穩定超高電壓輸出

沖突納米發電機（Triboelectric nanogenerator, TENG）被認為是一種高開路電壓的器材，并已使用于驅動離子源、等離子源、靜電紡絲及介電彈性體等，但是，要到達數千伏的高壓往往需求較大的器材面積、較高的沖突力或許外加倍壓電路，并不能徹底滿意實踐使用的需求；此外，文獻中報導的開路電壓值也具有較大的離散性。怎么使用TENG在弱小機械驅動下高效率發生安穩高電壓輸出是一個需求處理的重要課題。

近來，中國科學院北京納米動力與體系研討所所長、佐治亞理工學院終身校董事講席教授王中林及華中科技大學教授尹周對等領導的研討團隊成功研發出了一種使用電荷補償機制完成TENG安穩超高電壓輸出的辦法。研討人員發現，經過在TENG中引進一個由高壓二極管構成的電荷補償通道，能夠明顯提高TENG的開路電壓，關于觸摸分離式TENG，開路電壓可由約230V提高到3300V以上，提高了10余倍，假如對發電機進行并聯或電暈極化，輸出的開路電壓可進一步提高，最高可到達7000V，一起完成了將高壓電容充電到數千伏。以上高電壓都能夠在悄悄按壓TENG的情況下完成安穩輸出。研討人員還規劃了試驗辦法，對上述高電壓進行了直接丈量表征。該電荷補償機制的作業原理是經過二極管對開路情況下TENG兩電極中的耗散電荷主動進行補償，從而使電極中的電荷分布維持在最有利于發生高電壓輸出的狀況。經過相關理論剖析也解說了試驗中測得的開路電壓具有離散性的原因。根據此高壓TENG制作了自驅動靜電吸附體系，經過按壓TENG為靜電吸盤供應高壓電，成功完成了對導體、半導體及絕緣體的吸附及操作，并完成了吸附分量約0.35Kg的重物。此作業提出了一種根據TENG的安穩超高電壓源及高電壓發生機制，因為該機制的普適性，也將可使用于其它形式TENG的電壓增強，在各種需求簡便、柔性、低成本的超高電壓源的場合具有寬廣的使用遠景。相關效果以Giant Voltage Enhancement via Triboelectric Charge Supplement Channel for Self-Powered Electroadhesion 為題宣布在近期的ACS Nano上。