近日，省部共建有色金屬先進加工與再利用國家重點實驗室在輕質、高性能摩擦-電磁復合發電機方面取得最新研究進展，并以題“High-Performance Triboelectric- Electromagnetic Hybrid Nanogenerator using Dual-Functional Flexible Neodymium Iron Boron/Ethyl Cellulose (NdFeB/EC) Composite Films for Wind Energy Scavenging”在線發表在國際著名學術期刊Chemical Engineering Journal (IF:15.1 /中科院一區TOP)上，該項工作是在導師趙坤指導下主要由碩士研究生宋振華完成。蘭州理工大學省部共建有色金屬先進加工與再利用國家重點實驗室為第一完成單位，趙坤為第一作者和通訊作者，我校石油化工學院郭軍紅教授和中國臺灣清華大學闕郁倫教授為共同通訊作者。
摩擦-電磁復合納米發電機（HNG）與單個摩擦納米發電機（TENG）或電磁發電機（EMG）相比具有更高的輸出性能，為實現自供電微電子器件的自驅動提供了理想的解決方案。然而，傳統HNG的復雜結構和電磁單元中笨重的磁鐵極大影響了器件的可移動性和便攜性，限制了其應用范圍。
在本研究中，課題組創制了雙功能的柔性釹鐵硼/乙基纖維素（NdFeB/EC）復合薄膜，其不但可以作為HNG中TENG的摩擦電材料使用，而且可作為EMG中的磁鐵使用，簡化了器件結構并顯著降低了器件重量。基于其設計了一種旋轉結構收集風能的高性能HNG。在15.5 m/s的風速下運行，當叉指電極間隙為2 mm時，HNG的TENG單元可以產生55 V和5.4 μA的開路電壓（Voc）和短路電流（Isc），在外部負載電阻為10 MΩ條件下，TENG的最大輸出功率可達99.2 μW。相應的EMG單元可以產生大約0.16 V和59.3 μA的Voc和Isc，其在2.3 kΩ的匹配負載電阻下輸出功率為2.5 μW。與單個TENG或EMG單元相比，HNG表現出更好的充電性能，在600 s可將470 μF的商業電容器電壓從0 V充電至3.4 V，并且儲存的能量可以成功為商用土壤溫濕度計提供連續工作的動力75 s，并可點亮30個并聯的藍色LEDs。研究對開發摩擦-電磁雙功能材料提供了參考，對設計高集成度、輕量化的HNG構建提供了可行性方案，對推動其實用化進程具有促進作用。
該項工作得到了甘肅省重大專項(No. 22ZD6GA008)、甘肅省杰出青年基金(No. 21JR7RA275)、 國家自然科學基金(No.52065038，12162021)、蘭州理工大學紅柳優秀青年人才支持計劃(No. 062004)、中國博士后科學基金(No.2021M693836)、省部共建國家重點實驗室優秀青年培育計劃重點項目等經費的支持。（撰稿：周宏偉；審核：石玗）
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