随着纳米发电技术的快速发展，基于纳米发电机（TENG）的自供电系统逐渐成为能源采集和智能传感领域的研究热点。纳米发电机通过捕获机械能，将其转化为电能，能够为各类便携式设备和传感器提供能源，尤其在物联网（IoT）等低功耗应用中展现出巨大的潜力。然而，现有的纳米发电系统在集成度和能效方面仍面临一定挑战，尤其是如何在保持高能量转换效率的同时，减少系统的能耗和设备占地面积。

近日，青岛大学王晓雄教授和吴广磊教授团队在《Nano Research》上，发表了最新研究成果“Photoacoustic synchronization system based on anisotropic nanofibers”。研究者设计了一种自供电光声同步系统，通过利用纳米发电机驱动LED亮度变化，将乐器振动直接转换为光信号（LS）。该系统无需依赖传统的芯片转换信号和蓝牙通讯系统，从而大大降低了能量消耗并实现了远距离信号传输。研究结果表明，该系统能够有效消除传统声信号传输中的相位差，为交响乐团的协作和舞台音响优化提供了新方法。通过LED的亮度变化可以实时反映不同舞台区域的相位关系，极大提高了音频信号的同步性与精确性。

图1 静电纺丝装置及不同转速下制备的PVDF纳米纤维膜的形貌与力学性能。

随着转速的增加，纤维与旋转平行方向上的有序度逐渐提高。纤维有序度的增加意味着纤维排列更加规则，从而增强了纤维膜在平行纤维取向方向上的机械强度。因此，纤维有序度的提高有助于提高纤维膜在平行于纤维取向方向上的拉伸性能。通过有序滚筒收集的静电纺丝技术，使无纺布的机械性能得到了很大的提高，最大拉伸率提高了约100%，最大拉伸应力从0.98 Mpa提高到12.15 Mpa，实现了无纺布机械性能的有效提高，使基于该材料组装的TENG可以在复杂的机械环境中使用，TENG可以达到14.43 W/m2的输出功率密度。

图2 接触分离式TENG的结构、工作原理及其电学性能、稳定性与储能能力。

图3 自供电声光同步鼓系统的能耗优势、工作原理及TENG在不同振动强度下的输出与发光响应。

图4 双探头TENG相位检测示意图及不同探头间距下的电压信号与相位拟合关系，同时对比了TENG与光电探测的相位延迟响应。

论文链接：

https://www.sciopen.com/article/10.26599/NR.2025.94907470

作者简介：

王晓雄，教授，青岛大学特聘教授。2010年毕业于山东大学物理学基地班，2016年毕业于中国科学技术大学，获凝聚态物理博士学位，2019年就职于青岛大学物理科学学院。主要从事自支撑柔性压电材料研究。近年来主持国家自然科学基金、中国科协项目、教育部产学研项目、生物多糖纤维成形与生态纺织国家重点实验室自主课题及青岛市博士后应用研究项目等，在Nature Communications、Nano Energy、ACS Nano、Progress in Materials Science 等杂志以第一作者或通讯作者身份发表SCI论文40余篇，其中包括IF＞10的论文十余篇，被引次数超过3000次，h-因子34，授权国家发明专利10余项。