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  自2012年被發(fā)明以來(lái)，摩擦納米發(fā)電機(jī)（Triboelectric Nanogenerator, TENG）發(fā)展成為一種能源收集的主流技術(shù)之一。由于TENG的工作原理是基于摩擦起電效應(yīng)和靜電感應(yīng)效應(yīng)，TENG的開(kāi)路電壓很高。對(duì)于具有電響應(yīng)特性的高內(nèi)阻材料，TENG可以直接有效的驅(qū)動(dòng)或者精確控制它們，這是實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)智能系統(tǒng)的最直接的組合方式。對(duì)比其他自驅(qū)動(dòng)電壓電源，TENG具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，成本低廉和選材范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，尤其在低頻機(jī)械能收集方向具有很大的應(yīng)用前景。

  近日，中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所在《先進(jìn)功能材料》雜志上發(fā)表特邀綜述，著眼于可以被TENG的高輸出電壓直接驅(qū)動(dòng)的材料和器件，概述了已報(bào)導(dǎo)的各種可以與TENG成功結(jié)合的應(yīng)用方向，包括介電彈性體、壓電陶瓷、鐵電材料等功能材料，靜電驅(qū)動(dòng)器、靜電空氣凈化器以及場(chǎng)發(fā)射和質(zhì)譜儀等智能器件。同時(shí)，文章總結(jié)了選擇材料和器件與TENG相互結(jié)合的關(guān)鍵因素，總結(jié)了TENG作為直接電源面臨的挑戰(zhàn)和對(duì)于該領(lǐng)域未來(lái)研究的展望。 

TENG和用于功能自供電系統(tǒng)的電響應(yīng)材料/器件的組合。涵蓋人工肌肉、微型執(zhí)行器、記憶裝置、靜電操縱器、空氣凈化、電子激發(fā)和離子發(fā)生器等。

  以TENG為核心的自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是王中林老師提出的納米能源領(lǐng)域包含的重要方向之一，而TENG與各種功能材料和系統(tǒng)的結(jié)合是實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最直接的方法，具有重要的研究?jī)r(jià)值。目前，在該方向上的主要進(jìn)展如下：①基于介電彈性體的人工肌肉、智能開(kāi)關(guān)、智能光柵等；②基于壓電陶瓷的微型光調(diào)制驅(qū)動(dòng)器；③基于鐵電材料的記憶裝置；④靜電操縱器用于驅(qū)動(dòng)和操縱微流體和微小物體；⑤靜電吸附和空氣凈化器；⑥電子激發(fā)、離子發(fā)生器和便攜式質(zhì)譜儀，等等。在選擇合適的技術(shù)與TENG結(jié)合的時(shí)候，我們傾向于選擇具有較高絕緣特性的材料和器件，可以很好的保持住TENG產(chǎn)生的靜電荷并且可以有效的利用TENG的高輸出電壓。其次，需要目標(biāo)器件具有低功耗的特點(diǎn)，可以很好的配合TENG的輸出能力。最后，我們希望與TENG結(jié)合的技術(shù)具有獨(dú)特的功能，這樣可以豐富TENG的應(yīng)用領(lǐng)域。 

  另一方面，以TENG為核心的自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以發(fā)展出許多獨(dú)特的功能。首先，TENG的自驅(qū)動(dòng)特性可以從各種場(chǎng)景中吸取能量，代替原有的電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)便攜式的無(wú)源系統(tǒng)。其次，TENG可以瞬時(shí)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的橋梁。此外，在高電壓器件的應(yīng)用方向上，TENG有限的輸出電荷可作為一種高靈敏的自保護(hù)措施，在出現(xiàn)電擊穿等危險(xiǎn)的時(shí)候快速降低輸出電壓，保護(hù)周圍的人體和器件。因此，傳統(tǒng)的電響應(yīng)智能材料和器件，在與TENG結(jié)合之后可以誕生出很多新的和有應(yīng)用價(jià)值的功能。隨著TENG性能的不斷提高，以及在應(yīng)用領(lǐng)域的不斷探索，各種多功能的復(fù)合系統(tǒng)會(huì)不斷的被開(kāi)發(fā)出來(lái)。 

  相關(guān)研究工作發(fā)表在近期的Adv. Funct. Mater上 (Electrically Responsive Materials and Devices Directly Driven by the High Voltage of Triboelectric Nanogenerators. DOI: 10.1002/adfm.201806351)，王中林院士和陳翔宇研究員是文章的共同通訊作者。 

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.201806351