评判纳米发电机的规范问世  
 

近日，由中国迷信院北京纳米动力与零碎研讨所和美国佐治亚理工学院共同参与的科研团队在王中林教授的率领下，定义了摩擦纳米发电机的质量因数作为其规范，并对发电机的构造质量因数和资料质量因数辨别停止了模仿计算和实验测量。该研讨为摩擦纳米发电机的进一步使用和工业化奠定了根底。相关研讨效果以Standards and Figure-of-Merits for Quantifying the Performance of Triboelectric Nanogenerators为题在线登载于《自然&mdash通讯》期刊。

摩擦起电效应，是两种不同资料经过互相摩擦而使其接触外表带电的景象，是自然界中最罕见的景象之一。王中林教授指导的研讨团队于2012年初次成功地研收回用无机资料制造的摩擦纳米发电机，原创性天时用摩擦起电和静电感应的耦合效应将机械能转化成电能，并在近年来陆续展现了该类器件的各种根本任务形式和其适用于各种机械运动的才能。但是，基于多种形式多种构造的该类发电机还没有一个一致规范来评价发电机的输入才能，各种发电机之间也无法停止比拟。相比之下，其它的能量转换器件都有本人规范，例如热机的卡诺效率、太阳能电池的能量转换效率、热电资料的ZT因子等等。评价规范的缺乏会极大地制约该发电机的开展和使用。

摩擦纳米发电机自创造以来，其输入功能曾经为实验和实际所证明。但是，由于此发电互联网电子商务和移动商务消费渠道的普及，使得支付市场将在不久的将来继续呈现更加美好的增长前景。机的输入与外界机械能输出以及外接负载都有很大关系，如何评价发电机的质量不断是一个难题。而目前关于发电人们次要关注其均匀输入功率和能量转换效率。由訾云龙博士、博士生牛思淼等组成的团队，在王中林教授的指点下，从摩擦纳米发电机的电压V-电极间转移电荷量Q曲线动身，关于发电机每周期输入能量停止了研讨，并且初次提出了摩擦纳米发电机的最大能量输入循环。基于此循环，参考了发电机均匀输入功率和能量转换效率的定义，研讨人员提出了发电机的功能质量因数作为评价发电机的规范，其中包括一个与发电机设计相关的构造质量因数和一个等于外表电荷密度平方的资料质量因数。为了表征和比拟不同构造的摩擦纳米发电机，研讨人员经过解析式计算和无限元模仿得出了摩擦纳米发电机的构造质量因数，并对不同形式和构造的纳米发电机停止了比拟。该团队还提供一种规范办法来表征资料质量因数，采用液态金属较为精确测量了摩擦层资料的外表电荷密度并计算了相关的资料质量因数。

关于该研讨，同行业的专家给出了很高的评价。文章中所提出的一系列规范、模仿与实验的手腕、实际和实验的后果关于摩擦纳米发电机来说都属于反动性的打破。首先，研讨者所定义的质量因数作为摩擦纳米发电机的可信的规范，完成了定量评价该发电机和比拟不同发电机功能的办法。其次，文章中对构造质量因数的模仿成为了摩擦纳米发电机构造进一步优化的根据。最初，文章中所提出来的经过液态金属（液态镓及其合金等）对摩擦外表电荷密度的测量为资料摩擦功能的量化提供了根据。此外，该研讨中还表现了许多迷信上和技术上的创新点。首先，文章中所运用的经过发电机的V-Q曲线来研讨摩擦纳米发电机输入功能的研讨手腕将成为研讨该发电机的无效工具。其次，经过该V-Q曲线，研讨人员所提出的具有最大能够输入的循环为未来设计和优化该发电机的输入循环提供了标杆；和其它能量转换器件（如热机）不同的是，这个具有最大输入的循环是可以经过实验来完成的。最初，该研讨还为从构造上和资料上评价摩擦纳米发电机提供了规范办法。因而，该研讨关于摩擦纳米发电机的开展和使用具有严重意义，并将为推进摩擦纳米发电机的工业化消费奠定根底。（来源：中国迷信院北京纳米动力与零碎研讨所）

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