近年來海洋生態(tài)環(huán)境傳感器逐步向小型化、智能化的方向發(fā)展，這對整個傳感系統(tǒng)的能源補給、材料、通訊等方面提出了巨大挑戰(zhàn)。國內(nèi)外開展了面向海洋生態(tài)環(huán)境傳感器的新能源技術(shù)研究，如太陽能、風能、溫差能和波浪能。相比于太陽能、風能和溫差能，波浪蘊藏著巨大能量，并且具有更大的時間和空間適用范圍。但由于波浪的運動是多向往復性運動，其運動隨機性的特征導致捕獲的能流不穩(wěn)定，難以設計合適的波浪能發(fā)電裝置的各級能量轉(zhuǎn)換裝置。新型、簡易、可持續(xù)的海浪能量收集系統(tǒng)的研制和開發(fā)逐漸成為了科技界關(guān)注的焦點。

近日，中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所朱光研究團隊提出了基于固/液界面摩擦起電和二維陣列電極發(fā)電集成的柔性隨機波浪摩擦納米發(fā)電機，高效率地收集轉(zhuǎn)換波浪能并用于驅(qū)動無線傳感電路定時發(fā)射無線信號。該工作利用二維陣列電極整流芯片集成結(jié)構(gòu)設計將二維多方向運動的隨機波浪機械能收集轉(zhuǎn)換為電能輸出，在多種隨機波浪情況下均能高效率地收集和轉(zhuǎn)換波浪機械能。其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：同種隨機波浪條件下，柔性摩擦納米發(fā)電機發(fā)電輸出隨著二維陣列電極的陣列數(shù)的增加而增加；具有較高陣列數(shù)的摩擦納米發(fā)電機在多種隨機波浪條件下均可獲得較高發(fā)電輸出。實驗室條件下，有效面積為10cm*7cm 的柔性二維陣列集成摩擦納米發(fā)電機發(fā)電輸出驅(qū)動無線信號發(fā)射電路板發(fā)射無線信號，可實現(xiàn)53秒定時發(fā)射一次無線信號，基本滿足海洋監(jiān)測的大范圍、近實時、全天候的監(jiān)測能源需求。該研究提出的柔性摩擦納米發(fā)電機收集波浪能驅(qū)動海洋無線傳感信號發(fā)射，具有質(zhì)量輕、成本低、環(huán)保節(jié)能和便于維護等優(yōu)點，為實現(xiàn)遠洋長時間無人監(jiān)護的網(wǎng)絡節(jié)點的供電問題和海洋遠程自供能無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了新的供能方案，具有重要的研究和實踐應用價值。相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的ACS Nano上(DOI: 10.1021/acsnano.7b08716)。

固液接觸摩擦納米發(fā)電機收集波浪能驅(qū)動無線傳感信號發(fā)射研究獲進展