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Nano Energy:基于电纺聚偏氟乙烯纳米纤维的新型摩擦纳米发电机用于有效的声能收集
2019/11/27 16:02:16 admin

物联网(IOT)的快速发展促进了各种低功耗电子设备的广泛应用因此,有效地为这些电子设备供电在过去的几十年里受到了极大的关注声能作为一种无处不在的可再生能源,广泛分布在世界各个角落,如工厂机器和建筑工地的噪音。声能捕获并不普遍作为其他类型的能量收集,这主要归因于其相对较低功率密度和缺乏有效的清除技术在以往的声能采集研究中,大部分研究都集中在压电发电机上,压电发电机存在结构复杂程度高、输出性能低等缺点。此外,许多设备的工作频率通常在几千赫兹到兆赫之间,而日常生活中实用的声源主要由低频元件组成,这使得这些设备效率低下摩擦电纳米发电机作为一种新兴技术,已成为解决这些问题的理想途径。由于电气化和静电感应的耦合作用,可以很容易地以较低的成本和相对简单的结构实现显著的电输出

 

近日,香港中文大学和河南大学研究者构建了基于电纺聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维摩擦纳米发电机(TENG),以轻薄的PVDF纳米纤维为振动膜,方便低频声波的能量捕获更重要的是,通过将TENG与聚合物管集成,振动膜采集到的声波可以由未定义的声波转换为平面波,从而提高声压,提高电输出。在170 Hz115 dB声波下,TENG产生400 V的开路电压和175μA的短路电流,瞬间最大峰值功率密度为7 Wm-2。 收的声能可以同时点亮55个商用发光二极管(LED)。TENG可以通过比较不同声压和频率下的电信号,利用20 Hz1000 Hz的宽带声波驱动,进行声频分析和噪声检测此外,所制备的TENG还可以作为自供电的有源传感器,用于检测声源方向和发声对象的运动速度。该工作不仅为制造高性能的TENG将环境声能转化为电能提供了一种简单、经济的方法,而且为自供电的传感提供了一种方法,在军事监视、人工智能等领域具有潜在的应用前景物联网和喷气发动机降噪。相关研究成果以A Novel Triboelectric Nanogenerator Based on Electrospun Polyvinylidene Fluoride Nanofibers for Effective Acoustic Energy Harvesting and Self-powered Multifunctional Sensing”为题发表于国际著名期刊Nano Energy

 

 

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1. 声音驱动的TENG的结构设计和工作原理。(aTENG与聚合物管结合的示意图。(b)具有夹层结构的TENG的正视图。(c-i)和(c-iiPVDF纳米纤维和导电织物的SEM图像。(d)由声音驱动TENG工作机制。

 

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2. 115 dB声波下声音驱动的TENG的电输出。基于不同频率的PVDF纳米纤维TENGVOCaIscb)。Vocc)和Iscd)在170Hz频率下的放大视图。由商用PVDF膜制成TENGVoce)和Iscf的对比

 

 

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.11.041

 


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