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省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在國(guó)際能源頂級(jí)期刊Nano Energy發(fā)表摩擦納米發(fā)電方面最新研究進(jìn)展

來(lái)源：重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

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2022-05-10

近日，省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙坤副研究員等人在摩擦納米發(fā)電領(lǐng)域取得新的研究進(jìn)展，并以題“High-performance and Long-Cycle Life of Triboelectric Nanogenerator Using PVC/MoS2 Composite Membranes for Wind Energy Scavenging Application”發(fā)表在國(guó)際能源頂級(jí)期刊Nano Energy (IF:17.881，中科院一區(qū))上，蘭州理工大學(xué)省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一完成單位，趙坤副研究員為第一作者和通訊作者，我?？妥淌谂_(tái)灣新竹清華大學(xué)闕郁倫教授為共同通訊作者。

摩擦電納米發(fā)電機(jī)(Triboelectric nanogenerator, TENG)是一種通過(guò)摩擦起電和靜電感應(yīng)的耦合將環(huán)境中的各種機(jī)械能有效轉(zhuǎn)化為電能的新能源技術(shù)，為未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)傳感器和微電子器件的自驅(qū)動(dòng)提供了能量保障。然而，摩擦電材料的低表面電荷密度以及磨損導(dǎo)致的TENG性能退化和失效是其實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。文章首次使用添加固體潤(rùn)滑劑來(lái)有效提高了摩擦電材料的耐久性，采用聚氯乙烯/二硫化鉬(PVC/MoS₂)復(fù)合膜和聚酰胺(PA)膜作為摩擦電材料，以及具有微納結(jié)構(gòu)的鋁(Al)片作為電極構(gòu)建了收集風(fēng)能的高性能、長(zhǎng)壽命的TENG。結(jié)果顯示加入少量潤(rùn)滑性能優(yōu)良的MoS₂不僅能有效提高復(fù)合膜的表面電荷密度，而且能改善其耐磨性，在增強(qiáng)TENG輸出性能的同時(shí)延長(zhǎng)了使用壽命。優(yōu)化后的TENG可產(chǎn)生高達(dá)398 V、40 μA的輸出電壓和電流，可為數(shù)十個(gè)商用發(fā)光二極管和一個(gè)溫度計(jì)供電。同時(shí)，器件具有優(yōu)異的運(yùn)行穩(wěn)定性，在高風(fēng)速下連續(xù)運(yùn)行15h性能未有明顯下降。2.5 wt% MoS₂摻雜后的PVC薄膜摩擦系數(shù)為0.29，比純PVC薄膜的摩擦系數(shù)降低了19.4%。研究結(jié)果為提高摩擦電材料的表面電荷密度和耐磨性提供了新途徑，為增強(qiáng)TENG輸出性能、延長(zhǎng)TENG的壽命、進(jìn)而促進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521009009

該項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（No.52065038）、甘肅省杰出青年基金（No. 21JR7RA275）、蘭州理工大學(xué)紅柳優(yōu)秀青年人才支持計(jì)劃（No. 062004）、甘肅省教育廳“雙一流”科研重點(diǎn)項(xiàng)目（GSSYLXM-03）等經(jīng)費(fèi)的支持。(撰稿：周宏偉，審核：石玗)

作者簡(jiǎn)介：

趙坤，男，工學(xué)博士。2018年6月畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所），獲材料物理與化學(xué)專業(yè)博士學(xué)位。主要研究方向?yàn)榧{米發(fā)電機(jī)、新能源材料與器件、自驅(qū)動(dòng)傳感器系統(tǒng)。目前已發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇(中科院1區(qū)10篇，2區(qū)2篇)，總影響因子179.526。其中以第一作者在Advanced Energy Materials、ACS Nano, Nano Energy、Nano-Micro Letters、ACS Applied Materials & Interfaces等國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI論文9篇。研究成果曾被Materials Views、材料頂刊專欄作為亮點(diǎn)報(bào)道。主持國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目4項(xiàng)，完成省級(jí)科研項(xiàng)目7項(xiàng)，2021年入選甘肅省杰出青年科技人才稱號(hào)。

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