Генерация электроэнергии на двусторонней ленте

Статьи

В этом исследовании предлагается новая концепция трибоэлектрического генератора с разделением контактов, которая состоит из двухсторонней ленты с акриловым клеящим материалом и металлизированной полиэфирной (PET/Al) пленки (слоем алюминия с одной стороны). Предлагаемая концепция очень экономична и проста в изготовлении по сравнению с существующими трибоэлектрическими наногенераторами (ТЭН), для создания которых требуется специальное оборудование и сложная процедура. Сильное сцепление акрилового клея с лентой создает значительный заряд при контакте. Пиковая выработка мощности зависит от индуцированного давления при ударе. Во время фазы разделения пробой воздуха между трибоэлектрическими слоями позволяет большинству существующих электронов течь обратно от земли из-за быстрого снятия заряда на границе раздела. Более высокое напряжение может генерироваться, когда ПЭТ сопрягается с двусторонней лентой, по сравнению с алюминиево-акриловой конфигурацией из-за эффекта трибоэлектрического ряда и образования барьера Шоттки для электронов на границе лента-алюминий во время контакта. Двухэлектродная конфигурация со сборкой Al/PET–лента–PET/Al значительно улучшила характеристики, при которой достигается пиковая мощность 21,2 мВт по сравнению с 7,6 мВт в одноэлектродной конструкции со сборкой лента–PET/Al при возбуждается на частоте 20 Гц в тесте на шейкере. Этот двухэлектродный трибоэлектрический генератор может питать 476 светодиодов с активной площадью 38 мм × 25 мм. Кроме того, была продемонстрирована прямая мощность лазерного диода 650 нм. В итоге, Предлагаемая концепция трибоэлектрического генератора с использованием липких материалов демонстрирует потенциал для сбора более высокой энергии за счет трибоэлектрификации и продвигает современный уровень техники, предлагая недорогие и простые варианты изготовления. Ожидается, что такие недавно предложенные трибоэлектрические генераторы смогут удовлетворить потребности в мощности во многих инженерных приложениях.

Введение

На протяжении тысячелетий разрабатывались различные клеи с использованием частей животных, натурального каучука и недавно синтетических материалов для склеивания различных предметов. С конца 19-го и начала 20-го веков были представлены клейкие ленты, которые содержат материалы основы с клеевым покрытием. На сегодняшний день клейкие ленты являются одним из предметов первой необходимости в повседневной жизни. В 21 веке эти ленты, особенно чувствительные к давлению ленты, которые могут склеиваться при приложении давления, использовались в различных областях. Нобелевские премии по физике были вручены Андрею Гейму и Константину Новоселову за «новаторские эксперименты с двумерным материалом графеном».

(1)В своих исследованиях для отделения графенового слоя от объемного графита использовались обычные чувствительные к давлению ленты. Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе смогли генерировать рентгеновские лучи, разворачивая чувствительные к давлению ленты 

в вакууме , что называется «триболюминесценцией».

(2)Ускоренные электроны генерируют тормозное рентгеновское излучение, когда они ударяются о положительную сторону ленты во время ее разматывания. Интенсивности рентгеновского излучения было достаточно, чтобы сделать рентгенограмму человеческого пальца. В этой статье мы покажем, что чувствительные к давлению ленты также можно использовать для выработки электроэнергии с использованием трибоэлектрического явления в качестве небольших сборщиков энергии. Выработка электроэнергии с помощью небольшого устройства сбора энергии необходима для питания электронных систем с низким энергопотреблением во многих различных приложениях.

(3−12)К ним относятся мониторинг состояния конструкций, носимые датчики и системы мониторинга окружающей среды. Чтобы свести к минимуму воздействие на окружающую среду, они должны быть построены как автономные системы с возможностью сбора механической энергии окружающей среды и преобразования ее в электрическую энергию. Трибоэлектричество, определяемое как генерация энергии за счет электростатических зарядов за счет трения двух поверхностей с разными материалами, было введено для использования в качестве устройства для сбора энергии. С момента своего изобретения в 2012 году трибоэлектрический наногенератор (ТЭНГ) является одним из наиболее многообещающих кандидатов на роль малогабаритных сборщиков энергии.

(8,9,13,14)Этот процесс позволяет преобразовывать механическую энергию в электрическую с помощью трибоэлектрического эффекта и электростатических зарядов. Трибоэлектрические слои могут быть выбраны из различных комбинаций материалов трибоэлектрического ряда, чтобы максимизировать выработку энергии. Например, комбинация меди и поли(тетрафторэтилена) (ПТФЭ: тефлон)/поли(метилметакрилат) (ПММА) и комбинация полиимида могут использоваться для положительных и отрицательных трибоэлектрических слоев.

(15,16)Эти комбинации могут генерировать электрические токи, соприкасаясь друг с другом, как разделение контактов и скольжение. Ранее исследователи разработали ТЭН с множеством различных модификаций, таких как схемы, различные трибоэлектрические материалы, различные методы контакта и различные атмосферы. Таким образом, было проведено улучшение характеристик TENG для увеличения плотности заряда для достижения более высокой плотности мощности. Например, вместо нормального направления контакта-разделения для выработки электричества также обычно используется скольжение трибоэлектрических слоев.

(17)Несмотря на то, что производительность ТЭНов была значительно улучшена, спроектировать и построить ТЭН сложно. Поэтому интегрировать ТЭН в реальные приложения очень дорого из-за сложной компоновки структуры, оптимизации схемы и схемы изготовления.

(8,9,13)Одна из проблем заключается в том, чтобы избежать проблемы пробоя воздуха между двумя трибоэлектрическими слоями. Например, исследователи изготовили основное устройство ТЭН с зарядовым возбуждением ТЭН.

(16)Кроме того, для повышения и стабилизации выходного напряжения использовались схемы умножения напряжения (VMC) с диодом Zenor.

(18)При такой конструкции максимальная плотность тока 1,25 мКл/м 

2 и максимальная плотность мощности 38,2 Вт/м 

2 были получены при сопротивлении нагрузки 4 МОм и частоте 4 Гц. Плотность заряда 2,20 мКл/м 

2 и плотность мощности 40 Вт/м 

2 достигаются при использовании сегнетоэлектрического слоя P(VDF-TrFE) и схемы VMC.

(18)Несмотря на то, что ТЭН возбуждения больше не использовался, ферроэлектрический слой необходимо интегрировать в конструкцию со всеми различными слоями. VMC по-прежнему требуется для системы TENG. В последнее время наибольшая удельная мощность ТЭН 115,6 Вт/м 

2 с внешним модулем возбуждения заряда во избежание пробоя воздуха между трибоэлектрическими слоями была установлена ​​с углеродно-силиконовым гелевым электродом в контактно-разделительном ТЭНе.

(19)Таким образом, конструкция ТЭНов с разделением контактов демонстрирует высокую сложность сбора электроэнергии из источников окружающей среды. Кроме того, предпочтительно, чтобы процесс изготовления полной системы TENG не оказывал большого воздействия на окружающую среду, избегая химических процессов и процессов испарения.Чтобы ускорить разработку устройств TENG в различных инженерных приложениях, нам необходимо решить две основные задачи:

(20)которые включают повышение удельной мощности в трибоэлектрическом ряду и упрощение изготовления. Подробная количественная оценка трибоэлектрических свойств широкого спектра материалов была проведена в качестве стандарта для реализации применения трибоэлектрификации для сбора энергии.

(21,22)Можно построить ТЭН-устройство, изучив эти материалы-кандидаты. Однако трудности изготовления, связанные с созданием микроструктур или специальных рисунков на поверхности выбранных трибоэлектрических материалов, выбор специального оборудования и тщательно разработанная схема изготовления, наблюдаемая при разработке типичного ТЭН-устройства, затрудняют его практическое использование.В этой статье предлагается новая концепция трибоэлектрического генератора, в которой была принята простая конструкция с использованием обычной двусторонней ленты (с акриловым клеевым слоем) и металлизированной полиэфирной пленки (т. е. с алюминиевым покрытием с одной стороны) ( PET/Al) в качестве трибоэлектрических слоев. Стоит отметить, что в текущей конструкции не требуется специальной схемы изготовления. Выработка энергии достигается за счет движения разъединения контактов, как показано в аналогичном устройстве ТЭН. Во время контактной фазы предлагаемый трибоэлектрический генератор ведет себя так же, как это наблюдается в типичном контактно-разделительном ТЭНГ-устройстве, в котором заряды возникают на границе раздела между двусторонней лентой и слоем ПЭТ/Алюминия. Однако, сильное сцепление акрилового клея с лентой создает значительный заряд по сравнению с нелипким трибоэлектрическим слоем. На этапе разделения на границе раздела происходит пробой воздуха посредством электрической искры. Такое быстрое удаление заряда в трибоэлектрических слоях позволяет существующим электронам из основного потока обратно в алюминиевый слой реализовать другой механизм по сравнению с поведением емкости, как это наблюдается в типичном устройстве ТЭН. Липкость клеевого слоя способствует лучшему генерированию энергии во время фазы контакта и разделения в текущей конструкции. Выходная мощность также зависит от индуцированного давления при ударе в контактно-разрывном движении. Он имеет лучшую эффективность для контакта ПЭТ с поверхностью ленты по сравнению с контактом алюминия с поверхностью ленты из-за эффекта трибоэлектрического ряда, а также образования барьера Шоттки на границе раздела алюминия. Были исследованы как одноэлектродные, так и двухэлектродные конструкции. Одноэлектродная конструкция включает двустороннюю ленту и слой PET/Al, в котором алюминиевая сторона служит одним электродом вместе с заземлением. Конструкция с двумя электродами приводит к трехслойной конфигурации, в которой слой двусторонней ленты зажат между двумя листами PET/Al, а обе алюминиевые стороны служат электродными соединениями. Были проведены всесторонние испытания вибростенда от 15 до 25 Гц для оценки работы предложенных трибоэлектрических генераторов с двухсторонними ленточными материалами. Мы можем получить 21.Используя эту двухэлектродную систему, был спроектирован и разработан ряд различных прототипов генераторов с ручным управлением, в том числе прототип подпружиненного генератора, который производил 169,6 Вт/м 

2 при работе приблизительно на частоте 2 Гц, и прототип V-образной формы, способный питания 476 светодиодов с активной площадью 38 мм × 25 мм. Кроме того, мы можем напрямую питать лазерный диод с длиной волны 650 нм, используя двухэлектродный трибоэлектрический генератор, приводимый в движение вибратором с частотой 20 Гц.Таким образом, был предложен, прототипирован и оценен первый трибоэлектрический генератор с контактным разделением путем исследования липких материалов в качестве трибоэлектрического слоя. Сопоставимые характеристики достигаются в нашей простой конструкции с использованием двустороннего липкого материала.

Методы

Для работы в качестве одного трибоэлектрического слоя была выбрана стандартная двусторонняя лента Pen + Gear. Другой трибоэлектрический слой представляет собой металлизированную ПЭТ-пленку (PET/Al) от McMaster-Carr толщиной 50,8 мкм, в которой с одной стороны нанесен слой алюминия. Измерение инфракрасного спектра с преобразованием Фурье (FTIR) было выполнено для ленты с использованием Nicolet IR100 FTIR (Thermo Fisher Scientific), как показано на 

рисунке S1 . Спектр хорошо соответствует свойствам типичного акрилового клея.

(23)Для оценки предлагаемого трибоэлектрического генератора было проведено испытание на вибростенде, как показано на 

рис. 1 а, б.

Рис. 1. (а) Схема контактно-разделительного трибоэлектрического генератора с двухсторонней лентой и листом Al/PET. (б) Изображение реальной конфигурации трибоэлектрического генератора с модальным шейкером. (в) Амплитуда напряжения и значения тока (г) в зависимости от времени в процессе разъединения контактов. Отрицательные и положительные амплитуды обнаруживаются в контактных и разделительных процессах соответственно. (e) Выходная мощность как функция времени в процессе разъединения контактов.

Двусторонняя лента была прикреплена к алюминиевому блоку, соединенному с головкой шейкера (Smart Shaker 2007E01 от The Modal Shop, Inc.). Чтобы реализовать движение «контакт-разъединение», сборка ленты/алюминиевого блока приводилась в движение с частотой от 15 до 25 Гц для удара по ПЭТ/алюминиевой пленке, прикрепленной к алюминиевому приспособлению, как показано на 

рис. 1 , а, б. Начальный зазор был установлен на 2 мм. Контактная площадка имеет размер 35 мм на 35 мм. Датчик силы 208C01 (PCB Piezotronics) был использован между головкой вибростенда и блоком AL для регистрации измерений силы/давления во время контактно-разъединительного движения. Электрические провода от алюминиевого слоя к цепи были собраны с помощью обычных зажимов типа «крокодил». Для измерения мощности использовался 8-канальный цифровой USB-осциллограф 1008A (Hantek). Как показано на 

рисунке 1а в цепь введен резистор сопротивлением 100 Ом. Сигналы его напряжения (обозначенные 

V цепи ) регистрировались с помощью цифрового осциллографа. Затем по закону Ома были получены значения тока (обозначаемые 

I контура ) в этой последовательной цепи ( 

I контур = 

I 100 Ом = 

V 100 Ом / 100 Ом). Наконец, доступная собранная мощность может быть получена путем вычисления произведения 

V — контура и 

I — контура . Обратите внимание, что типичное напряжение холостого хода ( 

V OC ) и ток короткого замыкания ( 

I SC) измеряются для расчета собранной мощности. Этот метод не отражает фактическую выработку электроэнергии и имеет тенденцию быть чрезвычайно высокой (например, 133,6 мВт при 70 МОм в нашей системе). Значения амплитуды напряжения нагрузочного резистора и резистора 100 Ом измерялись в каналах 1 и 2, как показано на 

рис. 1а . Канал 3 использовался для датчика силы. Каналы 4 и 5 использовались для измерения напряжения и тока для другого листа ПЭТ/алюминия для двухэлектродной конфигурации, в которой вводится дополнительный ПЭТ/алюминий, как показано на 

рисунке 5а для двухэлектродной конфигурации.Чтобы продемонстрировать работу нашего одноэлектродного трибоэлектрического генератора, было зажжено в общей сложности 476 светодиодов с помощью мостового выпрямителя, состоящего из четырех диодов FR207. Дальнейшее усовершенствование нашего трибоэлектрического генератора было проведено за счет введения двухэлектродной конфигурации, т.е. сборки Al/PET-лента-PET/Al. Для оценки его производительности были проведены испытания как на шейкере, так и на ручном контакте и разделении. Существенное улучшение выработки электроэнергии наблюдается при использовании этой конструкции с двумя электродами, в которой достигается пиковая мощность 21,2 мВт по сравнению с 7,6 мВт в одноэлектродной конфигурации при возбуждении на частоте 20 Гц в тесте на встряхивателе. Кроме того, мы можем напрямую питать лазерный диод с длиной волны 650 нм и регистрировать его с помощью фотодетектора DET100A2 со спектральным диапазоном 320–1100 нм (Thorlabs, Inc.). Испытание на выносливость было проведено для изучения эффективности клеевого слоя в тесте на шейкере, в ходе которого достигается 100 000 циклов контакта и разделения. СЭМ-изображения ПЭТ и слоя двусторонней ленты были включены для изучения морфологии поверхности до и после испытания, которые были измерены системой автоэмиссионного СЭМ Zeiss LEO 1550 при энергии луча 1 кэВ с током луча 112 мкА.

Результаты и обсуждение

На рис. 1 c, d показаны изменение напряжения и тока во времени при возбуждении частотой 20 Гц во время теста на вибростенде, в котором используется нагрузочный резистор 4 МОм, поскольку он показывает оптимальную выработку мощности, как описано в последней части документа. Интересно, что сигнал напряжения показывает большое отрицательное значение -166,17 В во время фазы контакта. В фазе разделения наблюдается разная полярность амплитуды напряжения, и его пиковая амплитуда составляет 122,67 В. По сравнению с существующими контактно-разделительными ТЭНами в литературе противоположная полярность напряжения возникает мгновенно в момент начала разделения. В этих исследованиях было показано, что такое положительное напряжение возникает на более позднем этапе с почти полупериодной задержкой.

(16,19)Однако, как показано на 

рисунке S2 , наш генератор показывает инверсию амплитуды в момент между контактом и разделением. Это убедительно указывает на то, что вместо индуцированного полем движения зарядов, наблюдаемого в трибоэлектрических слоях, заряды в нашей системе мгновенно взаимодействуют во время работы.

(24)Это будет объяснено в более поздней части этой статьи. Количество мощности, которое является произведением напряжения и тока, было построено как функция времени, как показано на 

рисунке 1e. Как упоминалось выше, наш расчет мощности был получен путем умножения измеренного напряжения на резисторе 100 Ом, и пиковое значение составляет 7,6 мВт. Соответствующая плотность мощности составляет 6,2 Вт/м 

2 при площади контакта 35 мм × 35 мм. Впечатляет, что наша текущая трибоэлектрическая конструкция с двусторонней лентой и листом PET/Al обеспечивает плотность мощности, сравнимую с существующими ТЭНами, описанными в литературе. Обратите внимание, что взаимодействие зарядов играет решающую роль в нашей простой конструкции трибоэлектрического генератора. 

фигура 2а показывает развитие заряда во время контактной фазы. Как и в существующих ТЭНах, на границе раздела двух трибоэлектрических слоев происходит образование двойного электрического слоя. Соответственно, двусторонняя лента генерирует положительные заряды, а ПЭТ после контакта генерирует отрицательные заряды за счет электризации в трибоэлектрическом ряду.

(20,25,26)Кроме того, согласно электростатической теории адгезива, контакт между полимерными адгезивными материалами и адгезивом создает сильную силу притяжения.

(27)Поскольку прочность клеевого соединения зависит от силы притяжения в двойном слое, может быть достигнуто более высокое генерирование заряда по сравнению с конфигурацией с использованием нелипкого трибоэлектрического слоя в существующих ТЭНах. Поскольку слой ПЭТ заряжен отрицательно, электроны в слое алюминия на ПЭТ будут испытывать силу отталкивания, так что эти электроны будут течь на землю. Следовательно, в процессе контакта возникает отрицательное напряжение, как показано на 

рисунке 1 .в. В процессе разделения поведение разряда сильно отличается от случая в существующих ТЭНах. Вместо вызванного полем явления, наблюдаемого в существующих ТЭНГ, пробой воздуха вызывает внезапное удаление электронов из слоя ПЭТ. Такой пробой воздуха вызывает нейтрализацию слоя полиэтилентерефталата, так что электроны могут течь обратно от земли к слою алюминия с положительными зарядами, как показано на 

рисунке 2b.

(19,28−30)В результате при разделении появляется положительное напряжение. Из электростатической теории клея ожидается, что при разделении клея заряды будут теряться за счет полевой эмиссии и ионизации газа.

(27)Фактическое генерирование электрической искры наблюдалось и будет обсуждаться в следующей части этой статьи.

Рис. 2. Схема трибоэлектрического генератора. (а) При контакте генерация заряда происходит на границе между двусторонней лентой и слоем ПЭТ. (b) При разделении, поскольку двусторонняя лента и ПЭТ дают электрическую искру, почти все отрицательные заряды исчезают в слое ПЭТ. Оставшиеся положительные заряды в Al будут компенсированы электронами с земли.

Как показано на 

Рисунке 3а , мощность зависит от резистивной нагрузки и частоты возбуждения при испытании на вибростенде. Очень важно определить влияние частоты и резистивной нагрузки на работу нашего трибоэлектрического генератора. Резистивная нагрузка 4 МОм дает пиковую мощность на всех частотах, что соответствует условию согласования импедансов.

(16,31)Кроме того, выработка электроэнергии имеет частотно-зависимые характеристики. Более высокое значение мощности наблюдалось в районе 20–22 Гц. Как упоминалось выше, для регистрации силы во время удара использовался датчик нагрузки. Как показано на 

рисунке 3b, давление было рассчитано с использованием измеренных данных силы при различных приводных частотах. Более высокое значение давления (сила/единица площади) по резонансной частоте на частоте 20–22 Гц соответствует более высокому выделению мощности, что указывает на то, что более высокая сила быстрее генерирует заряды в данный момент времени в двойном слое в фазе контакта. В результате разные частоты с различными толкающими/тянущими усилиями во время процесса разделения контактов определяют, насколько быстро в системе генерируются электрические заряды. А именно, если процессы контакта и разделения происходят с более быстрым ударом, генерация и диссипация электрического заряда происходят скачкообразно, что приводит к более высоким амплитудам.

Рис. 3. (а) Выработка электроэнергии с разным сопротивлением нагрузки на разных частотах от 15 до 25 Гц. Поскольку собственная частота системы находится в диапазоне от 20 до 22 Гц, в этом диапазоне частот происходит более высокая пиковая мощность. (b) Сравнение пиковой выработки мощности и приложенного давления для трибоэлектрического генератора в зависимости от частоты. В диапазоне собственных частот системы приложенное давление увеличивается по мере возникновения резонанса, так что генерация мощности значительно увеличивается.

Чтобы лучше понять влияние трибоэлектрического ряда на выработку электроэнергии, были оценены две конфигурации, в которых двусторонняя лента сопрягается либо со стороной из ПЭТ, либо со стороной алюминия. 

На рис . 4с показана временная диаграмма собранных данных о напряжении, как показано черным цветом для случая с интерфейсом между двусторонней лентой и ПЭТ и красным для случая с интерфейсом между двухсторонней лентой и алюминием. Объем выработки электроэнергии для обеих конфигураций показан на 

рисунке 4 .д. Более высокая пиковая мощность наблюдается в случае границы между двусторонней лентой и ПЭТ за счет трибоэлектрического ряда и эффектов Шоттки. Трибоэлектрическая разница между двусторонней лентой (т. е. слоем акрилового клея) и слоем ПЭТ выше, чем между двусторонней лентой и алюминиевым слоем. Когда слой двусторонней ленты соединяется со слоем металлического алюминия, электроны создаются на стороне алюминия во время контактной фазы. Однако такие электроны должны преодолевать барьер Шоттки вперед и назад в виде термоэлектронной эмиссии на границе раздела.

(27,32)Хорошо известно, что термоэлектронная эмиссия металла снижает КПД трибоэлектрических генераторов.

(32)Поскольку генерируются электроны, необходимо учитывать барьер Шоттки n-типа, поскольку он определяется как произведение работы выхода металла за вычетом сродства материала к электрону на границе раздела. Это убедительно указывает на то, что характер электростатической связи между акриловым клеем и алюминием значительно менее прочный, чем в случае с границей раздела между двусторонней лентой и листом ПЭТ из-за образования барьера Шоттки на границе раздела металла.

(27)Также обсуждалось, что отрицательно заряженный диэлектрический слой с более высокой работой выхода (акриловая работа выхода: 5,5 эВ), чем металл (работа выхода алюминия: 4,2 эВ), отдает электроны металлу после образования контакта и выравнивания уровня Ферми.

(21,33,34)

Рис. 4. (а) Трибоэлектрический генератор, работающий на шейкере, с комбинацией Al/PET/лента–PET/Al. Во время его работы между двухсторонней лентой и ПЭТ/алюминием возникает электрическая искра. Это убедительно свидетельствует о том, что происходит разряд между трибоэлектрическими слоями. (б) В течение 33 мс после разряда (1 кадр) слой Al приносит электроны с земли, потому что он все еще имеет оставшиеся положительные заряды. Следовательно, загорание 296 светодиодов подтверждается. (c) Сравнение амплитуды напряжения между двухсторонней лентой-PET/Al (черный) и двусторонней лентой-Al/PET конфигурациями (красный). Из-за высоты барьера Шоттки для границы раздела лента/алюминий меньшее количество электронов преодолевает барьер термоэлектронно. (d) Следовательно, выработка электроэнергии значительно ниже для комбинации двухсторонней ленты-Al/PET (красный) по сравнению с двусторонней лентой-PET/Al(черный).

Зная, что ПЭТ обеспечивает лучшую контактную поверхность для двусторонней ленты, чем алюминий, была предложена конструкция с двойным электродом для улучшения характеристик нашего трибоэлектрического генератора, как показано на 

рис. 5а , в котором используется дополнительный лист ПЭТ/ алюминий. для формирования двухэлектродной конфигурации. Подобно конструкции с одним электродом, показанной на 

рис. 2а , мы предполагаем использовать электрические заряды с обеих сторон двусторонней ленты во время контакта и разделения. Были построены две отдельные электрические схемы для отдельного сбора данных о напряжении. Во время фазы узел с правой стороны будет генерировать положительные заряды в слое ленты и отрицательные заряды в слое ПЭТ, как показано на 

рисунке 5 .б. Слой алюминиевого электрода будет направлять электроны на землю, как описано ранее на 

рис . 2b. В сборке с левой стороны не будет генерироваться заряд, поскольку слой PET/Al изначально был прикреплен к ленточному слою. Вместо этого слой алюминиевого электрода слева будет приносить электроны от земли, потому что лента была положительно заряжена из-за контакта. Во время фазы разделения электроны будут течь от земли в слой алюминиевого электрода справа, поскольку отрицательно заряженный слой ПЭТ становится нейтральным из-за искрения после отделения от ленты. Слой алюминиевого электрода слева будет возвращать электроны на землю, поскольку заряды на ленте рассеялись за счет искрения, как показано на 

рисунке 2 .б. Следовательно, оба электродных слоя Al будут иметь противоположный знак амплитуды напряжения, как объяснялось во время контактного и разделительного движения. 

На рис. 5 d, e показаны амплитуда напряжения левого алюминиевого слоя (обозначен красным как ударный элемент)/правого алюминиевого слоя (обозначен черным как статор) и суммарная мощность как функция времени при частоте 20 Гц соответственно. . Как и следовало ожидать, знаки амплитуды напряжения прямо противоположны с обеих сторон. Суммарная мощность показывает пиковое значение 21,2 мВт. Соответствующая удельная мощность рассчитана на уровне 17,3 Вт/м 

2 , что сопоставимо со значением в существующих ТЭНах. Кроме того, эффективность системы можно оценить путем расчета как входной кинетической энергии, так и выходной электрической энергии.

(35)Кинетическая энергия (KE) определяется выражением

КЭ =12𝑚𝑣2знак равно12× 0,1кг×(2мм0,025с)2= 320𝜇 ДжКЭзнак равно12мв2знак равно12×0,1кг×(2мм0,025с)2знак равно320мюДжЗдесь 

m — масса алюминиевого ударника. Предполагается средняя скорость ( 

v ).

Рис. 5. (а) Схема трибоэлектрического генератора с конфигурациями Al/PET/лента и PET/Al. Отдельные электрические цепи построены для измерения напряжения, тока и мощности на каждой стороне. (б) В контактном процессе двойной электрический слой возникает на границе между двусторонней лентой и слоем ПЭТ с правой стороны. Поскольку ПЭТ с левой стороны не использовался в качестве трибоэлектрического слоя, он не заряжался. Из-за положительных зарядов двусторонней ленты электроны будут течь от земли к алюминиевому слою. С правой стороны, с отрицательно заряженным ПЭТ, электроны будут выталкиваться из слоя алюминия на землю. Поэтому знаки амплитуды напряжения на каждой стороне противоположны друг другу. (c) В процессе разделения электроны разряжаются в ПЭТ за счет искрового разряда между двусторонней лентой и ПЭТ с правой стороны. На левом слое алюминия, поскольку двусторонняя лента не имеет зарядов для притяжения электронов, электроны в слое алюминия стекают на землю. Справа положительные заряды алюминия будут притягивать электроны с земли. Он показывает аналогичное поведение с контактным процессом, но с противоположными знаками амплитуд напряжения. (г) Амплитуды в зависимости от времени для левого слоя Al (импактор─красный) и правого слоя Al (статор─черный). Как и ожидалось, знаки амплитуд для статора и ударника противоположны. (e) Соответствующая мощность от объединения левой и правой сторон. Получается пиковая мощность 21,2 мВт, что значительно выше, чем у одноэлектродной конфигурации слоя алюминия. положительные заряды в Al будут притягивать электроны с земли. Он показывает аналогичное поведение с контактным процессом, но с противоположными знаками амплитуд напряжения. (г) Амплитуды в зависимости от времени для левого слоя Al (импактор─красный) и правого слоя Al (статор─черный). Как и ожидалось, знаки амплитуд для статора и ударника противоположны. (e) Соответствующая мощность от объединения левой и правой сторон. Получается пиковая мощность 21,2 мВт, что значительно выше, чем у одноэлектродной конфигурации слоя алюминия. положительные заряды в Al будут притягивать электроны с земли. Он показывает аналогичное поведение с контактным процессом, но с противоположными знаками амплитуд напряжения. (г) Амплитуды в зависимости от времени для левого слоя Al (импактор─красный) и правого слоя Al (статор─черный). Как и ожидалось, знаки амплитуд для статора и ударника противоположны. (e) Соответствующая мощность от объединения левой и правой сторон. Получается пиковая мощность 21,2 мВт, что значительно выше, чем у одноэлектродной конфигурации слоя алюминия. знаки амплитуд противоположны для статора и ударника. (e) Соответствующая мощность от объединения левой и правой сторон. Получается пиковая мощность 21,2 мВт, что значительно выше, чем у одноэлектродной конфигурации слоя алюминия. знаки амплитуд противоположны для статора и ударника. (e) Соответствующая мощность от объединения левой и правой сторон. Получается пиковая мощность 21,2 мВт, что значительно выше, чем у одноэлектродной конфигурации слоя алюминия.

Выходная электрическая энергия составляет 27,4 мкДж за счет интегрирования мощности по времени. Наконец, КПД можно определить, взяв соотношение между входной и выходной мощностью, которое составляет 8,6%.Схема мостового выпрямителя использовалась для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, чтобы продемонстрировать прямую мощность 296 светодиодов, которые соединены последовательно, как показано на 

рисунке 6а , во время испытания вибратора с частотой возбуждения 20 Гц. Амплитуда напряжения на 296 светодиодах составляет до 700 В, как показано на 

рис. 6 б. По сравнению с данными по напряжению в данных по мощности наблюдалась узкополосная характеристика, как показано на 

рисунке 6c. Пиковая мощность имеет значение 25 мВт, т.е. плотность мощности 20,4 Вт/м 

2 , что позволяет питать светодиоды с высокой яркостью, как показано на 

рисунке 6d. Соответствующий видеоматериал показан на 

S4 .

Рис. 6. (а) Схема трибоэлектрического генератора с комбинациями Al/PET/лента–PET/Al для генерации импульсов постоянного тока. Мостовой выпрямитель был соединен с трибоэлектрическим генератором и 296 светодиодами последовательно. (б) Амплитуда постоянного напряжения как функция времени для 296 светодиодов. Генерация отрицательной амплитуды становится положительной после прохождения выпрямителя. (c) Соответствующая мощность для 296 светодиодов. В процессе была генерирована максимальная мощность 25 мВт. (г) 296 светодиодов загораются при работе трибоэлектрогенератора на частоте 20 Гц.

Было разработано несколько прототипов трибоэлектрических сборщиков энергии с ручным управлением, чтобы дополнительно продемонстрировать работу при низкочастотном (т.е. < 5 Гц) движении, в котором используется конфигурация с двумя электродами с активной площадью 25 мм × 25 мм. Как показано на 

рис. 7а , нажатие (контакт) создает очень большую возвращающую силу за счет нагруженных пружин в процессе разделения. Были исследованы случаи как мягкой, так и жесткой пружины, которые соответствуют жесткости пружины 0,91 Н/мм и 1,75 Н/мм соответственно, с четырьмя пружинами в каждом углу с зазором между пластинами 10 мм. Нагрузочный резистор 4 МОм и резистор 100 Ом были введены для сбора данных о напряжении и токе во время ручного нажатия/отпускания примерно с частотой 1 Гц. Как показано на 

рисунке 7c – e, характеристики напряжения, тока и мощности показывают более высокие значения, когда жесткость пружины высока. Максимальная пиковая мощность составляет 106 мВт, а связанная с ней удельная мощность (определяемая по мощности на единицу площади) составляет 169,6 Вт/м 

2 , что превышает на 47 % максимальное значение, наблюдаемое в существующих ТЭНах.

(19)

Рис. 7. (а) Поперечное сечение ручного трибоэлектрического генератора. Трибоэлектрические слои разделены четырьмя нагруженными пружинами в каждом углу. После приложения давления трибоэлектрические слои соприкасаются друг с другом и быстро освобождаются благодаря сжатым пружинам. (б) Распечатанный на 3D-принтере ручной комбайн с двумя электрическими проводами, соединяющими оба слоя ПЭТ/алюминия с цепью. (c) Амплитуда напряжения и (d) текущие данные ручного комбайна с жесткостью пружины 0,91 и 1,75 Н/мм соответственно. (e) Пиковая мощность для ручного комбайна с жесткостью пружины 0,91 и 1,75 Н/мм соответственно.

Также был разработан второй прототип V-образного трибоэлектрического генератора для работы «ручных кастаньет», в котором используется складчатая полипропиленовая пластина с трибоэлектрическим узлом на каждой внутренней поверхности. Этот ручной трибоэлектрический генератор зажигает 476 светодиодов, работающих примерно на частоте 2 Гц, с активной площадью 38 мм на 25 мм. Связанные видео показаны в 

S5 и 

S6 . Было зажжено еще 20 дополнительных светодиодов по сравнению с обычным устройством TENG.

(19)Лазерный диод с длиной волны 650 нм питался с помощью нашей двухэлектродной трибоэлектрической генерации в условиях шейкерного теста, как показано на 

рис. 8а . Видео мощных светодиодов и лазерного диода в фонарике «два в одном» показаны на 

S7 и 

S8 соответственно. 

На рис . 8б показана зависимость амплитуды сигнала фотоприемника лазерного диода от времени. Хорошо видно, что впервые в трибоэлектрическом генераторе наблюдается преодоление порога генерации от лазерного диода с указанием стимулирующего излучения. Кроме того, работа лазера показывает интервал в 50 мс, что соответствует частоте возбуждения 20 Гц в тесте на вибростенде.

Рис. 8. (а) Схема трибоэлектрического генератора с Al/PET/двухсторонней лентой и конфигурации PET/Al для генерации импульсов постоянного тока, используемого для генерации со стимулирующим излучением на частоте вибратора 20 Гц. (b) Стимулирующее излучение диодного лазера с длиной волны 650 нм было подтверждено длительностью 50 мс с кремниевого фотодетектора.

V-образный ручной трибоэлектрический генератор с активной площадью 38 мм × 38 мм, собранный из двухсторонней ленты Al/PET/Al и PET/Al, был вставлен в низ ботинка, как показано на 

рис. 9а , для демонстрации энергии. сбор урожая пешком. Мостовая схема и 51 светодиод подключены для преобразования электрических сигналов переменного тока в постоянный для освещения светодиодов. Количество пиковой выработки электроэнергии было подтверждено, как показано на 

рис. 9 b–d. Это показывает, что пиковая мощность превышает 10 мВт, что указывает на то, что двухсторонний трибоэлектрический генератор ленты может быть легко адаптирован к реальным приложениям без каких-либо проблем в низкочастотных диапазонах. Видео для этой демонстрации показано в 

S9 .

Рис. 9. (а) Трибоэлектрический генератор (Al/PET/двухсторонний скотч и конфигурация PET/Al) площадью 38 мм × 38 мм, установленный на подошве обуви. Схема мостового выпрямителя используется для преобразования переменного тока в постоянный, чтобы продемонстрировать загорание 51 светодиода; (б) напряжение; (в) текущий; и (d) мощность при электрической нагрузке 4 МОм.

На рис. 10 представлены результаты ресурсных испытаний трибоэлектрического генератора с двухэлектродной схемой, в которой подключена электрическая нагрузка резистора 4 МОм. Данные о напряжении и температуре регистрировались до 100 000 циклов разъединения контактов. Поскольку температура увеличивается постепенно, амплитуда напряжения соответственно увеличивается. Очевидно, что температура влияет на производительность выработки электроэнергии, поскольку между изолирующими трибоэлектрическими слоями будет передаваться больше зарядов.

(32)После 40 000 размыканий контактов температура постепенно снижается, поэтому производительность немного ухудшается. Сопоставимая мощность выработки достигается до 100 000 циклов, что варьируется от 19 до 24 мВт.

Рис. 10. (а) Амплитуда напряжения для трибоэлектрического генератора с двухэлектродной конфигурацией в тесте на встряхивателе достигает 100 000 циклов контакта-разъединения. Температурные данные, выделенные красным цветом, были собраны на алюминиевом каркасе (показанном на рисунке 1 ). (b) Соответствующая пиковая мощность при электрической нагрузке 4 МОм

На рис. 11 показаны СЭМ-изображения как ленты, так и ПЭТ-поверхностей до и после испытания. Перед испытанием ПЭТ показывает на своей поверхности много частиц из-за электростатического притяжения. После испытания наблюдается меньшее количество частиц. На двусторонней ленте нет существенных морфологических изменений. Это указывает на отсутствие существенного ухудшения адгезивности.

Рисунок 11. СЭМ-изображения ПЭТ (а) до и (б) после испытания на выносливость и двусторонней ленты (в) до и (г) после испытания на выносливость при 20000-кратном увеличении.

Выводы

В этой статье была предложена, оценена и продемонстрирована простая концепция трибоэлектрического генератора, состоящего из двусторонней ленты и листа ПЭТ/Алюминия. Выработка электроэнергии сравнима с текущим состоянием устройств TENG. Основные выводы кратко изложены ниже:

  • Это первая попытка использовать липкие материалы в трибоэлектрическом генераторе.
  • Этот новый трибоэлектрический генератор с двухсторонней лентой демонстрирует потенциал для улучшения характеристик сбора энергии за счет трибоэлектрификации.
  • Такая простая конструкция обеспечивает простоту изготовления и интеграции, что требует лишь навыков ремесленного уровня по сравнению со сложной схемой изготовления на основе нанотехнологий, используемой в современных ТЭНах.
  • В клеях на полимерной основе прочность сцепления зависит от двойного электрического слоя на границе раздела с положительными и отрицательными зарядами на каждой стороне.
  • Прочная связующая природа акрилового клея в двусторонней ленте создает значительный заряд при контакте со слоем ПЭТ.
  • Пробой воздуха между трибоэлектрическими слоями происходит во время фазы разделения, чтобы обеспечить быстрое снятие заряда, что на самом деле помогает электронам течь намного легче.
  • Первая попытка запитать лазерный диод с длиной волны 650 нм с помощью нашего ТЭН, который имеет решающее значение для оптоэлектронных устройств и датчиков.

Вспомогательная информация

  • Спектр поглощения FTIR для двусторонней ленты (рис. S1); амплитуда напряжения трибоэлектрического генератора с резистором 1 МОм при испытании на вибростенде (рис. S2) ( PDF )
  • Видео, показывающее трибоэлектрический генератор (конфигурация Al/PET/двусторонняя лента – PET/Al) при испытании на встряхивателе при частоте 20 Гц; генерация электрической искры подтверждена между трибоэлектрическими слоями (S3a) ( MP4 )
  • Видео, демонстрирующее ручной трибоэлектрический генератор (конфигурация Al/PET/двухсторонний скотч – PET/Al); генерация электрической искры подтверждена вблизи электродов (S3b) ( MP4 )
  • Видео, показывающее прямое питание 296 светодиодов с использованием трибоэлектрического генератора (алюминий/ПЭТ/двухсторонняя лента – ПЭТ/алюминий), приводимого в движение шейкером с частотой 20 Гц; электрические провода от трибоэлектрогенератора были подключены к мостовому выпрямителю для обеспечения питания постоянного тока (S4) ( MP4 )
  • Видео, показывающее прямое питание 476 светодиодов с использованием V-образного ручного трибоэлектрического генератора (конфигурация Al/PET/двусторонняя лента – PET/Al) (S5) ( MP4 )
  • Видео на медленной скорости (12,5% от нормальной скорости), показывающее прямое питание 476 светодиодов с использованием V-образного ручного трибоэлектрического генератора (конфигурация Al/PET/двусторонняя лента – PET/Al) (S6) ( MP4 )
  • Видео, показывающее прямое питание фонарика с помощью трибоэлектрического генератора (конфигурация Al/PET/двусторонняя лента – PET/Al), приводимого в движение шейкером с частотой 20 Гц (S7) ( MP4 )
  • Видео, показывающее прямую мощность диодного лазера с длиной волны 650 нм с использованием трибоэлектрического генератора (конфигурация Al/PET/двусторонняя лента – PET/Al), приводимого в действие шейкером с частотой 20 Гц (S8) ( MP4 )
  • Видео, показывающее прямое питание 51 светодиода при ступенчатом использовании трибоэлектрического генератора, как показано на рисунке 9 (S9) ( MP4 )

Генерация электроэнергии на двусторонней ленте

2Просмотры

0акции

0загрузкиПерейти к навигации по рисунку

Генерация электроэнергии на двусторонней лентеМун-Хён Чан1,2*,Джейкоб Д. Ли1, Ю Лэй2, Саймон Чанг3, и Ган Ван1*1Факультет машиностроения и аэрокосмической техники, Алабамский университет в Хантсвилле, Хантсвилл, Алабама35899, США2Факультет химической инженерии и материаловедения, Университет Алабамы в Хантсвилле, Хантсвилл, Алабама, 35899США3ООО «Науки о материалах», Хоршам, Пенсильвания, 19044Рисунок S1. Спектр поглощения FTIR для двустороннего скотча. Он показывает типичные спектральные характеристикиакриловый клей.Рисунок S2. Амплитуда напряжения трибоэлектрического генератора с 1МОмрезистор в тесте шейкера.

С3 (а). Видео, показывающее трибоэлектрический генератор (конфигурация Al/PET/двусторонняя лента-PET/Al) подтест на шейкере на частоте 20 Гц. Подтверждена генерация электрической искры между трибоэлектрическими слоями.S3 (б). Видео, показывающее ручной трибоэлектрический генератор (конфигурация Al/PET/двусторонняя лента-PET/Al).Возле электродов подтверждено образование электрических искр.С4. Видео, показывающее прямое питание 296 светодиодов с использованием трибоэлектрического генератора (алюминий/ПЭТ/двухсторонний скотч-PET/Al), приводимый в движение шейкером с частотой 20 Гц. Электрические провода от трибоэлектрического генератора были подключены кмостовой выпрямитель для обеспечения постоянного тока.С5. Видео, показывающее прямое питание 476 светодиодов с помощью V-образного ручного трибоэлектрогенератора(конфигурация Al/PET/двухсторонний скотч-PET/Al)С6. Видео на медленной скорости (12,5 % от нормальной скорости), чтобы показать прямое питание 476 светодиодов с использованиемV-образный ручной трибоэлектрический генератор (конфигурация Al/PET/двухсторонний скотч-PET/Al)С7. Видео, показывающее прямую мощность вспышки с использованием трибоэлектрического генератора (алюминий/ПЭТ/двухстороннийконфигурация лента-ПЭТ/алюминий), приводимая в действие встряхивателем с частотой 20 Гц.С8. Видео, показывающее прямую мощность диодного лазера 650 нм с использованием трибоэлектрического генератора (алюминий/ПЭТ/двойнойодносторонняя лента в конфигурации PET/Al), приводимая в действие встряхивателем с частотой 20 Гц.С9. Видео, показывающее прямое питание 51 светодиода при шагании с использованием ручного трибоэлектрического генератора.(конфигурация Al/PET/двухсторонний скотч-PET/Al)Расширять

Условия

Информация об авторе

  • Соответствующий автор
    • Ганг Ван — факультет машиностроения и аэрокосмической техники, Алабамский университет в Хантсвилле, Хантсвилл, Алабама35899, США ;  Орцидhttps://orcid.org/0000-0001-9843-5966 ; Электронная почта: gang.wang@ua.edu
  • Авторы
    • Moon-Hyung Jang — Факультет машиностроения и аэрокосмической техники, Алабамский университет в Хантсвилле, Хантсвилл, Алабама35899, США ;  Факультет химической инженерии и материаловедения, Алабамский университет в Хантсвилле, Хантсвилл, Алабама 35899, США
    • Джейкоб Д. Ли — факультет машиностроения и аэрокосмической техники, Алабамский университет в Хантсвилле, Хантсвилл, Алабама35899, США
    • Ю Лей – факультет химической инженерии и материаловедения, Алабамский университет в Хантсвилле, Хантсвилл, Алабама35899, США ;  Орцидhttps://orcid.org/0000-0002-4161-5568
    • Саймон Чанг , ООО «Науки о материалах», Хоршам, Пенсильвания, 19044, США
  • Вклад автораGW предложил идею использования листа Al/PET в качестве трибоэлектрического слоя. М.-Х.Дж. предложил идею использования двусторонней ленты в качестве еще одного трибоэлектрического слоя. Испытания вибростенда и ручного трибоэлектрического генератора были выполнены M.-HJ Конструкция ручного генератора была предложена JDLM-HJ, проанализировавшей данные. Результаты обсуждают M.-HJ, GW, JDL, YL, а SCM-HJ, GW и JDL подготовили рукопись.
  • ЗаметкиАвторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

Этот проект был частично поддержан Инженерным колледжем Университета Алабамы в Хантсвилле и компанией Material Sciences LLC.

использованная литература

Эта статья ссылается на 35 других публикаций.

  1. 1Гейм А.К. Нобелевская лекция: Случайное блуждание к графену . Преподобный Мод. физ. 2011 , 83 , 851–862 , _ _  DOI: 10.1103/RevModPhys.83.851 [ Перекрёстная ссылка ], [ CAS ],  Академия Google
  2. 2Камара, К.Г. ; Эскобар, СП ; Херд, младший ; Паттерман, С.Дж. Корреляция между наносекундными вспышками рентгеновского излучения и прерывистым трением в отслаивающейся ленте . Природа 2008 , 455 , 1089 – 1092 ,  DOI: 10.1038/nature07378 [ Перекрёстная ссылка ], [ CAS ],  Академия Google
  3. 3Ло, Дж .; Ван, З.Л. Недавний прогресс трибоэлектрических наногенераторов: от фундаментальной теории к практическим приложениям . Экомат 2020 , 2 , e12059  DOI: 10.1002/eom2.12059 [ Перекрёстная ссылка ], [ CAS ],  Академия Google(по состоянию на 24.06.2021).
  4. 4Донг, К .; Ву, З .; Дэн, Дж. ; Ван, AC ; Цзоу, Х .; Чен, К .; Ху, Д .; Гу, Б .; Сан, Б .; Ван, З.Л. Трибоэлектрический наногенератор со встроенным эластичным волокном в качестве электронной оболочки для сбора биомеханической энергии и многофункционального измерения давления . Доп. Матер. 2018 , 30 , 1804944  DOI: 10.1002/adma.201804944 [ Перекрёстная ссылка ],  Академия Google(по состоянию на 24.06.2021).
  5. 5Танг, К .; Да, М.-Х. ; Лю, Г .; Ли, С .; Чен, Дж .; Бай, Ю. ; Фэн, Л .; Лай, М .; Хо, К.-К. ; Го, Х .; Hu, C. Трибоэлектрический наногенератор со сверхвысокой удельной выходной мощностью, вдохновленный Whirligig, в качестве надежного портативного источника мгновенного питания для персональных устройств мониторинга здоровья . Нано Энергия 2018 , 47 , 74 – 80 ,  DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.02.039 [ Перекрёстная ссылка ], [ CAS ],  Академия Google
  6. 6Ли, З .; Фэн, Х .; Чжэн, В. ; Ли, Х .; Чжао, К .; Оуян, Х .; Норин, С .; Ю, М. ; Су, Ф .; Лю, Р.Фототермически перестраиваемая биодеградация имплантируемых трибоэлектрических наногенераторов для восстановления тканей . Нано Энергия 2018 , 54 , 390 – 399 , DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.10.020 [ Перекрёстная ссылка ], [ CAS ],  Академия Google
  7. 7Лю, З .; Ли, Х .; Ши, Б .; Фан, Ю. ; Ван, Зеландия ; Ли, З. Носимые и имплантируемые трибоэлектрические наногенераторы . Доп. Функц. Матер. 2019 , 29 , 1808820  DOI: 10.1002/adfm.201808820 [ Перекрёстная ссылка ],  Академия Google(по состоянию на 24.06.2021).
  8. 8Хуанг, К .; Чен, Г .; Нашалян, А. ; Чен, Дж. Достижения в автономном химическом зондировании с помощью трибоэлектрического наногенератора . Наномасштаб 2021 , 13 , 2065-2081 , _ _  DOI: 10.1039/D0NR07770D [ Crossref ], [ PubMed ], [ CAS ],  Google Scholar
  9. 9Ван, Зеландия ; Ву, В. Сбор энергии с помощью нанотехнологий для автономных микро-/наносистем . Ангью. хим., межд. Эд. 2012 , 51 , 11700 – 11721 ,  DOI: 10.1002/anie.201201656 [ Crossref ], [ PubMed ], [ CAS ],  Google Scholar(по состоянию на 24.06.2021).
  10. 10Су, Ю .; Ли, В .; Юань, Л .; Чен, К .; Пан, Х .; Се, Г. ; Конта, Г. ; Феррье, С .; Чжао, X .; Чен, Г.Композиты пьезоэлектрического волокна с полидофаминовым межфазным слоем для носимого биомониторинга с автономным питанием . Нано Энергия 2021 , 89 , 106321  DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106321 [ Перекрёстная ссылка ], [ CAS ],  Академия Google
  11. 11Ли, В .; Ян, Т. ; Лю, К .; Хуанг, Ю .; Чен, К .; Пан, Х .; Се, Г. ; Тай, Х .; Цзян, Ю .; Ву, Ю.Оптимизация пьезоэлектрических нанокомпозитов с помощью высокопроизводительного моделирования фазового поля и машинного обучения . Доп. науч. 2022 , 9 , 2105550  DOI: 10.1002/advs.202105550 [ Перекрёстная ссылка ], [ CAS ],  Академия Google
  12. 12Су, Ю .; Ли, В .; Ченг, X .; Чжоу, Ю .; Ян, С .; Чжан, X .; Чен, К .; Ян, Т. ; Пан, Х .; Се, Г.Высокоэффективные пьезоэлектрические композиты с помощью программирования β-фазы . Нац. коммун. 2022 , 13 , 4867  DOI: 10.1038/s41467-022-32518-3 [ Crossref ], [ PubMed ], [ CAS ],  Google Scholar
  13. 13Ван, ZLL ; Чен, июнь ; Ню, С .; Zi, Y. Трибоэлектрические наногенераторы ; Издательство Springer International , 2016 .[ Перекрёстная ссылка ],  Академия Google
  14. 14Су, Ю .; Чен, Г .; Чен, К .; Гонг, К .; Се, Г. ; Яо, М .; Тай, Х .; Цзян, Ю .; Чен, Дж . Автономный мониторинг дыхания с помощью трибоэлектрического наногенератора . Доп. Матер. 2021 , 33 , 2101262  DOI: 10.1002/adma.202101262 [ Перекрёстная ссылка ], [ CAS ],  Академия Google
  15. 15Ван, Ю .; Ян, Ю. ; Ван, З.Л. Трибоэлектрические наногенераторы как гибкие источники энергии . НПЖ Flex. Электрон. 2017 , 1 , 10  DOI: 10.1038/s41528-017-0007-8 [ Перекрёстная ссылка ],  Академия Google
  16. 16Лю, В .; Ван, З .; Ван, Г. ; Лю, Г .; Чен, Дж .; Пу, Х .; Си, Ю .; Ван, X .; Го, Х .; Ху, К .; Ван, З.Л. Трибоэлектрический наногенератор с интегрированным возбуждением заряда . Нац. коммун. 2019 , 10 , 1426  DOI: 10.1038/s41467-019-09464-8 [ Crossref ], [ PubMed ], [ CAS ],  Google Scholar
  17. 17Ван, С .; Лин, Л .; Се, Ю. ; Цзин, В .; Ню, С .; Ван, З.Л. Трибоэлектрические наногенераторы скольжения, основанные на механизме разделения зарядов в плоскости . Нано Летт. 2013 , 13 , 2226 – 2233 ,  DOI: 10.1021/nl400738p [ Полный текст ACS ], [ CAS ],  Google Scholar
  18. 18Ли, Ю .; Чжао, З .; Лю, Л .; Чжоу, Л .; Лю, Д .; Ли, С .; Чен, С .; Дай, Ю. ; Ван, Дж .; Ван, З.Л. Улучшение выходных характеристик трибоэлектрического наногенератора за счет быстрого процесса накопления поверхностных зарядов . Доп. Энергия Матер. 2021 , 11 , 2100050  DOI: 10.1002/aenm.202100050 [ Перекрёстная ссылка ], [ CAS ],  Академия Google(по состоянию на 24.06.2021).
  19. 19Лю, Ю .; Лю, В .; Ван, З .; Он, В .; Танг, К .; Си, Ю .; Ван, X .; Го, Х .; Ху, К. Количественная оценка состояния контакта и модель воздушного пробоя трибоэлектрических наногенераторов с возбуждением заряда для максимизации плотности заряда . Нац. коммун. 2020 , 11 , 1599  DOI: 10.1038/s41467-020-15368-9 [ Crossref ], [ PubMed ], [ CAS ],  Google Scholar
  20. 20Цзоу, Х .; Чжан, Ю .; Го, Л .; Ван, П .; Он, Х .; Дай, Г. ; Чжэн, Х .; Чен, К .; Ван, AC ; Сюй, К .; Ван, З.Л. Количественная оценка трибоэлектрического ряда . Нац. коммун. 2019 , 10 , 1427  DOI: 10.1038/s41467-019-09461-х [ Crossref ], [ PubMed ], [ CAS ],  Google Scholar
  21. 21Цзоу, Х .; Го, Л .; Сюэ, Х .; Чжан, Ю .; Шен, X .; Лю, Х .; Ван, П .; Он, Х .; Дай, Г. ; Цзян, П.Количественная оценка и понимание трибоэлектрического ряда неорганических неметаллических материалов . Нац. коммун. 2020 , 11 , 2093  DOI: 10.1038/s41467-020-15926-1 [ Crossref ], [ PubMed ], [ CAS ],  Google Scholar
  22. 22Хан, М .; З, Х. ; Чжан, Х. Гибкие и растягиваемые трибоэлектрические наногенераторы: к автономным системам ; Wiley-ВЧ , 2019 .[ Перекрёстная ссылка ],  Академия Google
  23. 23Zięba-Palus, J. Полезность инфракрасной спектроскопии при исследовании клейких лент в судебно-медицинских целях . J. Криминалистика. Криминол. 2017 , 2 , 1–9 , _ _  DOI: 10.15761/FSC.1000112 [ Перекрёстная ссылка ],  Академия Google
  24. 24Чжу, Г .; Пан, К .; Го, В .; Чен, С.-Ю. ; Чжоу, Ю .; Ю, Р .; Ван, З.Л. Импульсное электроосаждение, управляемое трибоэлектрическим генератором, для создания микроструктуры . Нано Летт. 2012 , 12 , 4960 – 4965 ,  DOI: 10.1021/nl302560k [ Полный текст ACS ], [ CAS ],  Google Scholar
  25. 25Ван З.Л. От контактной электрификации к трибоэлектрическим наногенераторам . Респ. прог. физ. 2021 , 84 , 096502  DOI: 10.1088/1361-6633/ac0a50 [ Перекрёстная ссылка ], [ CAS ],  Академия Google
  26. 26Страннеби, Д. Риски электростатического разряда в промышленных условиях . Электронная среда 2013 , 10 – 13 Google ученыйРедакционный материал. (дата обращения: 29.12.2014, 01:26:02.669+01:00).DiVA.
  27. 27Дерягин Б.В. Смилга В.П. Электронная теория адгезии . Дж. Заявл. физ. 1967 , 38 , 4609 – 4616 ,  DOI: 10.1063/1.1709192 [ Перекрёстная ссылка ],  Академия Google(по состоянию на 18 ноября 2021 г.).
  28. 28Лю, Д .; Чжоу, Л .; Ли, С .; Чжао, З .; Инь, X .; Йи, З .; Чжан, К .; Ли, X .; Ван, Дж .; Ван, З.Л. Значительно увеличил выходную мощность трибоэлектрических наногенераторов постоянного тока с помощью эффекта электростатического пробоя . Доп. Матер. Технол. 2020 , 5 , 2000289  DOI: 10.1002/admt.202000289 [ Перекрёстная ссылка ],  Академия Google(по состоянию на 11 декабря 2021 г.).
  29. 29Цао, З .; Чу, Ю .; Ван, С .; Ву, З .; Дин, Р .; Ye, X. В стратегии по снижению эффекта пробоя воздуха и увеличению выходной энергии для трибоэлектрического наногенератора с контактно-разделительным режимом , 21-я Международная конференция по твердотельным датчикам, исполнительным механизмам и микросистемам (преобразователям) в 2021 году; IEEE , 20–24 июня 2021 г.; стр 451 — 454 , DOI: 10.1109/преобразователи50396.2021.9495462.[ Перекрёстная ссылка ],  Академия Google
  30. 30Чжоу, Л .; Лю, Д .; Чжао, З .; Ли, С .; Лю, Ю .; Лю, Л .; Гао, Ю .; Ван, Зеландия ; Ван, Дж. Одновременное повышение удельной мощности и долговечности трибоэлектрического наногенератора с скользящим режимом за счет жидкостной смазки интерфейса . Доп. Энергия Матер. 2020 , 10 , 2002920  DOI: 10.1002/aenm.202002920 [ Перекрёстная ссылка ], [ CAS ],  Академия Google(по состоянию на 12 декабря 2021 г.).
  31. 31Куан, З .; Хан, CB ; Цзян, Т .; Ван, З.Л. Надежные трибоэлектрические наногенераторы на основе тонких пленок для сбора двунаправленной энергии ветра . Доп. Энергия Матер. 2016 , 6 , 1501799  DOI: 10.1002/aenm.201501799 [ Перекрёстная ссылка ],  Академия Google(по состоянию на 19 ноября 2021 г.).
  32. 32Сюй, К .; Ван, AC ; Цзоу, Х .; Чжан, Б .; Чжан, К .; Зи, Ю .; Пан, Л .; Ван, П .; Фэн, П .; Лин, З .; Ван, З.Л. Повышение рабочей температуры трибоэлектрического наногенератора путем подавления электронной термоэлектронной эмиссии при контактной электрификации . Доп. Матер. 2018 , 30 , 1803968  DOI: 10.1002/adma.201803968 [ Перекрёстная ссылка ],  Академия Google(по состоянию на 07.06.2022).
  33. 33Бай, П .; Чжу, Г .; Чжоу, ЮС ; Ван, С .; Ма, Дж .; Чжан, Г .; Ван, З.Л. Влияние дипольного момента на контактную электризацию трибоэлектрических наногенераторов . Нано Рез. 2014 , 7 , 990–997 , _ _  DOI: 10.1007/s12274-014-0461-8 [ Перекрёстная ссылка ], [ CAS ],  Академия Google
  34. 34Тригвелл, С .; Грейбл, Н .; Юртери, CU ; Шарма, Р .; Мазумдер, М.К. Влияние свойств поверхности на трибозарядные характеристики полимерного порошка применительно к промышленным процессам . IEEE транс. инд. заявл. 2003 , 39 , 79–86 , _ _  DOI: 10.1109/TIA.2002.807228 [ Перекрёстная ссылка ], [ CAS ],  Академия Google
  35. 35Чун, Дж .; Е, БУ ; Ли, Дж. В. ; Чой, Д .; Канг, С.-Ю. ; Ким, С.-В. ; Ван, Зеландия ; Байк, Дж . М. Повышение выходной мощности трибоэлектрического наногенератора за счет эффекта двойного электрического слоя . Нац. коммун. 2016 , 7 , 12985  DOI: 10.1038/ncomms12985 [ Crossref ], [ PubMed ], [ CAS ],  Google Scholar

Процитировано

Эта статья еще не цитировалась другими изданиями.

Назад

Партнеры

Атыпон
хор
Публикационная этика
Счетчик проектов
перекрестная ссылка
Проверка сходства перекрестных ссылок
Orcid объединяет исследования и исследователей
Служба цифровой консервации портика

О

Ресурсы и информация

Поддержка и контакты

Связь с публикациями ACS

Недавно просмотренные

https://s7.addthis.com/static/sh.f48a1a04fe8dbf021b4cda1d.html#rand=0.8375565105301357&iit=1669251588273&tmr=load%3D1669251588179%26core%3D1669251588222%26main%3D1669251588254%26ifr%3D1669251588299&cb=0&cdn=0&md=0&kw=&ab=-&dh=pubs.acs.org&dr=https%3A%2F%2Fpubs.acs.org%2Fdoi%2F10.1021%2Facsomega.2c05410&du=https%3A%2F%2Fpubs.acs.org%2Fdoi%2F10.1021%2Facsomega.2c05457&href=https%3A%2F%2Fpubs.acs.org%2Fdoi%2F10.1021%2Facsomega.2c05457&dt=Power%20Generation%20by%20a%20Double-Sided%20Tape&dbg=0&cap=tc%3D0%26ab%3D0&inst=1&jsl=1&prod=undefined&lng=en&ogt=site_name%2Ctype%3DArticle%2Cdescription%2Cimage%2Ctitle%2Curl&pc=men&pub=xa-4faab26f2cff13a7&ssl=1&sid=637ec204f428a8bd&srf=0.01&ver=300&xck=0&xtr=0&og=url%3Dhttps%253A%252F%252Fpubs.acs.org%252Fdoi%252Ffull%252F10.1021%252Facsomega.2c05457%26title%3DPower%2520Generation%2520by%2520a%2520Double-Sided%2520Tape%26image%3Dhttps%253A%252F%252Fpubs.acs.org%252Fcms%252F10.1021%252Facsomega.2c05457%252Fasset%252Fimages%252Facsomega.2c05457.social.jpeg_v03%26description%3DA%2520novel%2520contact%25E2%2580%2593separation%2520triboelectric%2520generator%2520concept%2520is%2520proposed%2520in%2520this%2520study%252C%2520which%2520is%2520composed%2520of%2520a%2520double-sided%2520tape%2520with%2520acrylic%2520adhesive%2520material%2520and%2520a%2520metalized%2520polyester%2520(PET%252FAl)%2520film%2520(an%2520aluminum%2520layer%2520coating%2520on%2520one%2520side).%2520The%2520proposed%2520concept%2520is%2520very%2520cost-effective%2520and%2520easy%2520to%2520fabricate%2520compared%2520to%2520existing%2520triboelectric%2520nanogenerators%2520(TENGs)%252C%2520which%2520require%2520special%2520equipment%2520and%2520sophisticated%2520procedure%2520to%2520build.%2520The%2520strong%2520bonding%2520nature%2520of%2520acrylic%2520adhesive%2520on%2520the%2520tape%2520induces%2520a%2520significant%2520charge%2520when%2520contacting.%2520The%2520peak%2520power%2520generation%2520depends%2520on%2520the%2520induced%2520pressure%2520at%2520the%2520impact.%2520During%2520the%2520separation%2520phase%252C%2520the%2520air%2520breakdown%2520between%2520triboelectric%2520layers%2520allows%2520most%2520existing%2520electrons%2520to%2520flow%2520back%2520from%2520the%2520ground%2520due%2520to%2520rapid%2520charge%2520removal%2520at%2520the%2520interface.%2520A%2520higher%2520voltage%2520can%2520be%2520generated%2520when%2520the%2520PET%2520is%2520interfaced%2520with%2520the%2520double-sided%2520tape%2520compared%2520to%2520the%2520Al-acrylic%2520configuration%2520because%2520of%2520the%2520effect%2520of%2520triboelectric%2520series%2520and%2520a%2520Schottky%2520barrier%2520formation%2520for%2520electrons%2520at%2520the%2520tape%25E2%2580%2593Al%2520interface%2520during%2520contact.%2520A%2520double-electrode%2520configuration%2520with%2520an%2520assembly%2520of%2520Al%252FPET%25E2%2580%2593tape%25E2%2580%2593PET%252FAl%2520significantly%2520improved%2520the%2520performance%252C%2520in%2520which%2520a%252021.2%2520mW%2520peak%2520power%2520is%2520achieved%2520compared%2520to%25207.6%2520mW%2520in%2520the%2520single-electrode%2520design%2520with%2520tape%25E2%2580%2593PET%252FAl%2520assembly%2520when%2520excited%2520at%252020%2520Hz%2520in%2520a%2520shaker%2520test.%2520This%2520double-electrode%2520triboelectric%2520generator%2520can%2520power%2520476%2520LEDs%2520with%2520an%2520active%2520area%2520of%252038%2520mm%2520%25C3%2597%252025%2520mm.%2520Moreover%252C%2520a%2520direct%2520power%2520of%2520a%2520650%2520nm%2520laser%2520diode%2520was%2520demonstrated.%2520In%2520summary%252C%2520the%2520proposed%2520triboelectric%2520generator%2520concept%2520using%2520tacky%2520materials%2520shows%2520the%2520potential%2520for%2520higher-energy%2520harvesting%2520via%2520triboelectrification%2520and%2520advances%2520the%2520state%2520of%2520the%2520art%2520by%2520offering%2520low%2520cost%2520and%2520easy%2520fabrication%2520options.%2520It%2520is%2520expected%2520that%2520such%2520newly%2520proposed%2520triboelectric%2520generators%2520are%2520able%2520to%2520meet%2520power%2520requirements%2520in%2520many%2520engineering%2520applications.%26type%3DArticle%26site_name%3DACS%2520Publications&csi=undefined&rev=v8.28.8-wp&ct=1&xld=1&xd=1

Оставить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *