利用电荷补偿机制实现摩擦纳米发电机稳定超高电压输出

冲突纳米发电机（Triboelectric nanogenerator, TENG）被认为是一种高开路电压的器材，并已使用于驱动离子源、等离子源、静电纺丝及介电弹性体等，但是，要到达数千伏的高压往往需求较大的器材面积、较高的冲突力或许外加倍压电路，并不能彻底满意实践使用的需求；此外，文献中报导的开路电压值也具有较大的离散性。怎么使用TENG在弱小机械驱动下高效率发生安稳高电压输出是一个需求处理的重要课题。

近来，中国科学院北京纳米动力与体系研讨所所长、佐治亚理工学院终身校董事讲席教授王中林及华中科技大学教授尹周对等领导的研讨团队成功研发出了一种使用电荷补偿机制完成TENG安稳超高电压输出的办法。研讨人员发现，经过在TENG中引进一个由高压二极管构成的电荷补偿通道，能够明显提高TENG的开路电压，关于触摸分离式TENG，开路电压可由约230V提高到3300V以上，提高了10余倍，假如对发电机进行并联或电晕极化，输出的开路电压可进一步提高，最高可到达7000V，一起完成了将高压电容充电到数千伏。以上高电压都能够在悄悄按压TENG的情况下完成安稳输出。研讨人员还规划了试验办法，对上述高电压进行了直接丈量表征。该电荷补偿机制的作业原理是经过二极管对开路情况下TENG两电极中的耗散电荷主动进行补偿，从而使电极中的电荷分布维持在最有利于发生高电压输出的状况。经过相关理论剖析也解说了试验中测得的开路电压具有离散性的原因。根据此高压TENG制作了自驱动静电吸附体系，经过按压TENG为静电吸盘供应高压电，成功完成了对导体、半导体及绝缘体的吸附及操作，并完成了吸附分量约0.35Kg的重物。此作业提出了一种根据TENG的安稳超高电压源及高电压发生机制，因为该机制的普适性，也将可使用于其它形式TENG的电压增强，在各种需求简便、柔性、低成本的超高电压源的场合具有宽广的使用远景。相关效果以Giant Voltage Enhancement via Triboelectric Charge Supplement Channel for Self-Powered Electroadhesion 为题宣布在近期的ACS Nano上。