摩擦纳米发电机的制备及其性能研究

徐成璠

指导教师：米季烔

【摘要】摩擦纳米发电机是一种利用摩擦电现象将机械能转化为电能的新型纳米能源技术。随着科技的不断发展，微型化、智能化和可穿戴设备的需求日益增加，因此，开发高性能、低成本的能源转换器件成为研究的热点。摩擦纳米发电机（TENG）作为一种柔性、无源的能量收集装置，具有广泛的应用前景。本文主要介绍了摩擦纳米发电机的制备方法，并对其性能进行了研究。

【关键词】摩擦纳米发电机；制备；性能；

一、研究背景

随着能源短缺和环境污染问题的日益严重，开发新型的、环保的能源已成为全球科学家们的重要任务。作为一种新型的纳米能源技术，摩擦纳米发电机近年来受到了广泛的关注和研究。摩擦纳米发电机是一种利用物体间的摩擦产生电能的设备，其基本原理是利用两个物体之间的摩擦作用，使物体产生位移，从而产生电压信号。由于其具有体积小、重量轻、无污染、可穿戴等优点，摩擦纳米发电机在生物医学、军事、航空航天等领域具有广泛的应用前景。本文旨在研究摩擦纳米发电机的制备及其性能。

二、实验材料

1.实验材料：雪弗板、橡胶球、PVC薄膜胶带、吸管、透明塑料球壳、铜箔

胶带、PET薄膜、PP薄膜、PE薄膜、手套、PTFE膜。

2.实验仪器：100KΩ电阻、MPF102场效应管、整流桥、面包板、公对母杜

邦线、公对公杜邦线、鳄鱼夹导线、绿色发光二极管、电池9V

3.检测仪器：实验用万用表

三、研究过程

1. 电子验电器的制做及常见材料的摩擦电序列研究

1.1 电子验电器的工作原理及电子器件的功能和使用方法

1.2 不同材料得失电子能力的差异和摩擦电序列

2. 摩擦纳米发电机认知及设计制作

2.1 摩擦纳米发电机的工作原理

2.2 摩擦纳米发电机的工作模式

2.3 如何用简易材料制作摩擦纳米发电机，本次制做得是水平滑动式纳米发电机

3. 不同摩擦材料对球形摩擦纳米发电机输出特性的影响

3.1 球形摩擦纳米发电机的制作

3.2 球形摩擦纳米发电机输出的交流电如何转换为直流电

3.3 不同摩擦电薄膜材料对球形摩擦纳米发电机发电性能的影响

4. 不同滚球数量对球形摩擦纳米发电机输出特性的影响

4.1 不同数量下的摩擦纳米发电机开路电压的差异

四、结果与分析

1. 通过比较不同材料得失电子的情况存在差异，从以下表1实验数据来看，几种测试的材料中，纸最容易失去电子，PTFE膜最容易得到电子。

表1

2. 通过试验不同薄膜材料对球形摩擦纳米发电机输出特性的影响，从以下特性影响实验记录表2可看出，使用不同的薄膜材料包裹弹力球，摩擦纳米发电机的开路电压存在差异，开路电压按照从大到小的排序对应的薄膜材料为透明胶带＞PVC胶带＞纸胶带，表明不同薄膜材料摩擦电序列不同，对球形摩擦纳米发电机输出特性有影响。

不同薄膜材料对球形摩擦纳米发电机输出特性影响实验记录

表2

3. 通过试验不同数量的弹力球对球形摩擦纳米发电机输出特性的影响，从以下特性影响实验记录表3可看出，拥用不同弹力球数量的摩擦纳米发电机的开路电压存在差异，开路电压按照从大到小的排序对应的薄膜材料为3个弹力球＞2个弹力球＞1个弹力球，表明弹力球数量越多，转移的电荷量越多，形成电势差越大，开路电压越大。

不同滚球数量对球形摩擦纳米发电机输出特性的影响实验记录

表3

五、结论

摩擦纳米发电机是利用摩擦电现象将机械能转化为电能的一种新型能源技术。当两个表面接触并相互摩擦时，由于表面能的不匹配会产生电荷转移，从而形成摩擦电效应。利用这种效应，可以将机械能转化为电能。与传统的电磁感应发电机不同，摩擦纳米发电机不需要磁场和线圈，而是通过摩擦电效应直接将机械能转化为电能。

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