| （中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）中國科學(xué)院北京納米能源與系統研究所首席科學(xué)家王中林院士領(lǐng)導的研究小組近期公布了一項最新研究成果，證實(shí)了摩擦納米發(fā)電機與傳統電磁感應發(fā)電機具有對稱(chēng)性和互補性，首次從理論高度提出了摩擦納米發(fā)電機是繼電磁感應發(fā)電機之后，采用機械能發(fā)電的又一種重要方式，是具有可能和電磁感應發(fā)電機同等重要的新能源技術(shù)。同時(shí)，該小組的研究成果顯示，摩擦發(fā)電機相對于傳統的電磁感應發(fā)電機還具有輕便、用材便宜、功率密度高等優(yōu)勢，展示了摩擦發(fā)電機作為新能源技術(shù)向“大能源”應用邁進(jìn)的廣闊前景。相關(guān)研究成果已發(fā)表在最新一期的《先進(jìn)材料》雜志上。
摩擦發(fā)電機實(shí)時(shí)供電的照片。
（a）點(diǎn)亮球形燈；（b）給手機充電；（c）給電子時(shí)鐘供電；（d）在風(fēng)力驅動(dòng)下實(shí)時(shí)點(diǎn)亮LED燈；（e）在手臂晃動(dòng)的驅動(dòng)下實(shí)時(shí)點(diǎn)亮LED燈；（f）轉速與開(kāi)路電壓和短路電流的關(guān)系圖。
近年來(lái)，由王中林院士領(lǐng)導的研究團隊一直致力于研發(fā)摩擦納米發(fā)電機，其原理是利用摩擦生電和靜電感應現象，可以驅動(dòng)微納米級的電子器件、給便攜式電子設備供電，乃至收集潮汐、風(fēng)能等傳統發(fā)電機不易獲取的機械能，旨在將人們生產(chǎn)、生活中無(wú)處不在的各種“摩擦”變廢為寶，轉變?yōu)殡S手可用的電能，為機械能發(fā)電提供了一種全新的理念和視角。
在此研究基礎之上，由中科院北京納米能源與系統研究所副研究員張弛博士等組成的研究團隊在王中林院士的指導下，系統而詳細地對比了摩擦納米發(fā)電機和電磁感應發(fā)電機的工作原理、控制方程和輸出特性，提出并論證了摩擦納米發(fā)電原理與電磁感應發(fā)電原理具有對稱(chēng)性和互補性。
據張弛博士介紹，實(shí)驗表明摩擦納米發(fā)電機的內阻約為十幾兆甚至上百兆歐，可以等效為內阻很大的電流源；而電磁感應發(fā)電機的內阻僅為幾歐或十幾歐，可以等效為內阻很小的電壓源，兩種電源通過(guò)與電阻的串并聯(lián)形式，可以實(shí)現對外電路供電的等效變換。同時(shí)，研究小組探索了基于上述兩種發(fā)電原理的混合式發(fā)電機，以及在不同模式下聯(lián)合工作的可行性，進(jìn)一步驗證了摩擦納米發(fā)電機可以近似等效為理想電流源的特性，為摩擦納米發(fā)電技術(shù)在電路中的深入應用提供了理論基礎和實(shí)驗依據。
研究小組闡述了摩擦發(fā)電機相對于傳統電磁感應發(fā)電機的優(yōu)勢，包括輕便、用材便宜、能量密度高等。研究數據顯示，摩擦納米發(fā)電機在單位體積和單位質(zhì)量的輸出功率密度分別為3.1瓦/立方米和 2.6毫瓦/千克，遠遠大于電磁感應發(fā)電機的功率密度。此外，研究小組還探討了使用有機材料來(lái)提高摩擦納米發(fā)電機輸出功率的方法，這也為化學(xué)和材料學(xué)領(lǐng)域的研究開(kāi)辟了新的方向。
上述系列研究成果，為摩擦納米發(fā)電機作為新能源技術(shù)向“大能源”應用的邁進(jìn)提供了理論基礎和實(shí)驗依據，首次論證了摩擦納米發(fā)電機是繼電磁感應發(fā)電機后采用機械能發(fā)電的又一種重要方式，是可與電磁感應發(fā)電機相比肩的新能源技術(shù)，一旦實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，將在自驅動(dòng)系統、物聯(lián)網(wǎng)，以及國防科技等方面具有極其重要的應用前景。
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