Наногенератор

Nanogenerator представляет собой тип технологии , которая преобразует механическую / тепловая энергию , получаемый с помощью малых физических изменений в электричество . Наногенератор имеет три типичных подхода: пьезоэлектрический , трибоэлектрический и пироэлектрический наногенераторы. И пьезоэлектрические, и трибоэлектрические наногенераторы могут преобразовывать механическую энергию в электричество. Однако пироэлектрические наногенераторы можно использовать для сбора тепловой энергии из зависящих от времени колебаний температуры .

Наногенераторы - это поле, которое использует ток смещения в качестве движущей силы для эффективного преобразования механической энергии в электрическую энергию / сигнал, независимо от того, используются ли наноматериалы или нет. ^[1]

Теория наногенераторов из уравнений Максвелла [ править ]

Уравнения Максвелла имеют следующие основные формы:

${\ Displaystyle \ bigtriangledown \ cdot D = \ rho}$ (1.1)

${\ displaystyle \ bigtriangledown \ cdot B = 0}$ (1.2)

${\ displaystyle \ bigtriangledown \ times E = - {\ frac {\ partial B} {\ partial t}}}$ (1.3)

${\ displaystyle \ bigtriangledown \ times H = J + {\ frac {\ partial D} {\ partial t}}}$ (1.4)

где ток смещения был впервые введен Максвеллом в 1861 г., чтобы удовлетворить уравнению неразрывности электрических зарядов. ^[2] Вектор электрического смещения D определяется выражением , и для изотропной диэлектрической среды , таким образом . Плотность тока смещения представлена как ${\ displaystyle \ partial D / \ partial t}$ ${\ Displaystyle D = \ varepsilon _ {0} E + P}$ ${\ Displaystyle P = (\ varepsilon - \ varepsilon _ {0}) E}$ ${\ Displaystyle D = \ varepsilon E}$

${\ Displaystyle J_ {D} = {\ frac {\ partial D} {\ partial t}} = \ varepsilon {\ frac {\ partial E} {\ partial t}}}$ (2.1)

Недавно уравнения Максвелла были расширены для расчета выходной мощности наногенераторов. Дополнительный член P_s был впервые добавлен к D Вангом в 2017 г. ^[3]^[4], где P_s - поляризация, создаваемая электростатическими поверхностными зарядами из-за механического срабатывания, отличная от поляризации среды P, индуцированной электрическим полем . D может быть переписано в виде , так что смещение плотности тока получается $D=\varepsilon _{0}E+P+P_{s}$

$J_{D}={\frac {\partial D}{\partial t}}=\varepsilon {\frac {\partial E}{\partial t}}+{\frac {\partial P_{s}}{\partial t}}$ (2.2)

Тогда уравнения Максвелла можно разложить как ^[1]

$\varepsilon \bigtriangledown \cdot E=\rho -\bigtriangledown \cdot P_{s}$ (3.1)

$\bigtriangledown \cdot B=0$ (3,2)

$\bigtriangledown \times E=-{\frac {\partial B}{\partial t}}$ (3.3)

$\bigtriangledown \times H=J+\varepsilon {\frac {\partial E}{\partial t}}+{\frac {\partial P_{s}}{\partial t}}$ (3,4)

Эти уравнения являются краеугольным камнем для получения выходных характеристик наногенераторов, из которых были получены выходной ток и напряжение, а также соответствующее электромагнитное излучение наногенератора.

Общая теория поляризации P _s[ править ]

Поляризация P_s, создаваемая электростатическими поверхностными зарядами, может быть выражена следующим уравнением при определении функции плотности заряда σ _s ( r , t ) на поверхности среды функцией формы f ( r , t ) = 0.

$\bigtriangledown \cdot P_{s}=-\sigma _{s}(r,t)\delta (f(r,t))$ (4)

где дельта-функция δ ( f ( r , t )) введена для ограничения формы среды. Решая скалярный электрический потенциал из поверхностных зарядов $\phi _{s}(r,t)$

$\phi _{s}(r,t)={\frac {1}{4\pi }}\int {\frac {\sigma _{s}(r',t')}{|r-r'|}}ds'$ (5)

то Р_ы могут быть получены с помощью ^[1]

$P_{s}=-\bigtriangledown \phi _{s}(r,t)={\frac {1}{4\pi }}\int \sigma _{s}(r',t'){\frac {r-r'}{|r-r'|^{3}}}ds'+{\frac {1}{4\pi c}}\int {\frac {\partial \sigma _{s}(r'',t')}{\partial t'}}{\frac {r-r'}{|r-r'|^{2}}}ds'$ (6)

Это общее выражение плотности поверхностной поляризации P_s в уравнении. (3.1) и (3.4).

Рис. 1. Схематическое изображение наногенератора, подключенного к внешней нагрузке, и соответствующая система координации для математического описания.

Текущее уравнение переноса для наногенераторов [ править ]

Ток смещения получается поверхностным интегралом от J _D

$I_{D}=\int J_{D}\cdot ds=\int {\frac {\partial D}{\partial t}}\cdot ds={\frac {\partial }{\partial t}}\int \bigtriangledown \cdot Ddr={\frac {\partial }{\partial t}}\int \rho dr={\frac {\partial Q}{\partial t}}$ (7)

где Q - полное количество свободного заряда на электроде. В наногенераторах ток смещения преобладает во внутренней цепи, тогда как ток емкостной проводимости преобладает во внешней цепи.

Текущее транспортное поведение любой конфигурации наногенераторов может быть получено с помощью следующего общего уравнения ^[1]

$\phi _{AB}=\textstyle \int \limits _{A}^{B}E\cdot dL={\frac {\partial Q}{\partial t}}R$ (8)
где - падение потенциала от электрода A к электроду B (рис.1), а интеграл d L - по пути от точки A к точке B. $\phi _{AB}$

Уравнение переноса тока для пьезоэлектрического наногенератора (рис. 2а) имеет вид

$RA{\frac {d\sigma }{dt}}+z{\frac {\sigma -\sigma _{p}}{\varepsilon }}=0$ (9)

где A - площадь электрода, z - толщина пьезоэлектрической пленки, а σ _p - плотность поляризационного заряда.

Уравнение переноса тока для трибоэлектрического наногенератора в режиме контакт-разделение (рис. 2б) имеет вид

$AR{\frac {\partial \sigma (z,t)}{\partial t}}=-\sigma (z,t)[d_{1}/\varepsilon _{1}+d_{2}/\varepsilon _{2}]-H(t)[\sigma (z,t)-\sigma _{T}]/\varepsilon _{0}$ (10)

где H ( t ) - функция, зависящая от скорости контакта между двумя диэлектриками. На основе уравнения переноса ток смещения, электрический потенциал, выходной ток и выходная мощность могут быть рассчитаны для четырех основных режимов TENG.

Рис. 2. (a) Пьезоэлектрические наногенераторы на основе тонких пленок и (b) Трибоэлектрические наногенераторы с контактно-разделительным режимом.

Технологические прогнозы на основе вытесняющего тока Максвелла [ править ]

Первый член тока смещения, предложенный Максвеллом, дает рождение теории электромагнитных волн, а электромагнитная индукция вызывает появление антенн, радио, телеграмм, телевидения, радара, микроволновой связи, беспроводной связи и космических технологий. Электромагнитное объединение создает теорию света, закладывая теоретическую основу для изобретения лазера и развития фотоники. Первый компонент стимулировал мировое развитие коммуникационных и лазерных технологий в прошлом веке. Второй член, впервые предложенный Вангом ^[4], положил начало наногенераторам. Добавление срока $\varepsilon {\frac {\partial E}{\partial t}}$ ${\frac {\partial P_{s}}{\partial t}}$ $\partial P_{s}/\partial t$ в токе смещения и, таким образом, в уравнениях Максвелла расширяет их приложения на энергию! Наногенераторы - еще одно важное приложение уравнений Максвелла к энергии и датчикам после теории и технологии электромагнитных волн.

Рис. 3. Идея дерева для иллюстрации недавно пересмотренного тока смещения Максвелла: первый член отвечает за теорию электромагнитных волн; и недавно добавленный термин - приложения уравнений Максвелла в области энергии и датчиков.

Пьезоэлектрический наногенератор [ править ]

Пьезоэлектрический nanogenerator является сбор энергии устройство , способное преобразовывать внешнюю энергию кинетическую в электрическую энергию с помощью действия с помощью наноструктурированного пьезоэлектрического материала. Хотя его определение может включать любые типы устройств сбора энергии, использующие наноструктуры для преобразования различных типов энергии окружающей среды (например, солнечная энергия и тепловая энергия ), оно обычно используется для обозначения устройств сбора кинетической энергии, использующих пьезоэлектрический материал нанометрового размера с момента его первого появления. введение в 2006 году. ^[5]

Хотя эта технология все еще находится на ранних стадиях разработки, она рассматривается как потенциальный прорыв в направлении дальнейшей миниатюризации традиционных сборщиков энергии, что, возможно, приведет к легкой интеграции с другими типами сборщиков энергии и независимой работе мобильных электронных устройств с меньшим вниманием к источникам. энергии. ^{[ необходима цитата ]}

Механизм [ править ]

В этом разделе не процитировать любые источники . Пожалуйста, помогите улучшить этот раздел , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален . ( Ноябрь 2013 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Эта статья или раздел могли быть скопированы и вставлены из другого места, возможно, в нарушение политики Википедии в отношении авторских прав . Просмотрите https://www.slideshare.net/MDNAWAZ3/nano-generators-by-tanveer-ahmed-ganganalli-seminar-report ^{( DupDet · CopyVios )} и ^{исправьте} это , отредактировав эту статью, чтобы удалить любой несвободный контент, защищенный авторским правом, и правильная атрибуция бесплатного контента или отметка контента для удаления. Убедитесь, что предполагаемый источник нарушения авторских прав не является зеркалом Википедии . ( Апрель 2019 г. )

Принцип работы наногенератора, в котором на отдельную нанопроволоку действует сила, действующая перпендикулярно направлению роста нанопроволоки. (а) Кончик AFT проходит через кончик нанопроволоки. Только отрицательно заряженная часть позволит току течь через интерфейс. (b) Нанопроволока интегрирована с противоэлектродом с решеткой AFT в виде иглы. Как показано на (а), электроны переносятся от сжатой части нанопроволоки к противоэлектроду из-за контакта Шоттки.

Принцип работы наногенератора, в котором на отдельную нанопроволоку действует сила, действующая параллельно направлению роста нанопроволоки.

Принцип работы наногенератора будет объяснен для двух разных случаев: сила, действующая перпендикулярно и параллельно оси нанопроволоки.

Принцип работы для первого случая объясняется выращиванием вертикально выращенной нанопроволоки, соприкасающейся с перемещающимся в боковом направлении концом. Когда на пьезоэлектрическую структуру действует внешняя сила со стороны движущегося наконечника, деформация происходит по всей структуре. Пьезоэлектрический эффект будет создавать электрическое поле внутри наноструктуры ; растянутая часть с положительной деформацией будет демонстрировать положительный электрический потенциал, тогда как сжатая часть с отрицательной деформацией будет показывать отрицательный электрический потенциал. Это связано с относительным смещением катионов по отношению к анионам.в его кристаллической структуре. В результате конец нанопроволоки будет иметь распределение электрического потенциала на своей поверхности, в то время как нижняя часть нанопроволоки будет нейтрализована, поскольку она заземлена. Максимальное напряжение, генерируемое в нанопроволоке, можно рассчитать по следующему уравнению: ^[6]

$V_{\text{max}}=\pm {\frac {3}{4(\kappa _{0}+\kappa )}}[e_{\text{33}}-2(1+\nu )e_{\text{15}}-2\nu e_{\text{31}}]{\frac {a^{3}}{l^{3}}}\nu _{\text{max}}$

, где κ ₀ - диэлектрическая проницаемость в вакууме, κ - диэлектрическая проницаемость, e ₃₃ , e ₁₅ и e ₃₁ - пьезоэлектрические коэффициенты, ν - коэффициент Пуассона, a - радиус нанопроволоки, l - длина нанопроволоки. ν _max - максимальное отклонение кончика нанопроволоки.

Электрический контакт играет важную роль в откачке зарядов с поверхности наконечника. Шоттки контакт должен быть образован между противоположным электродом и наконечником нанопроволоки , так как омический контакт будет нейтрализовать электрическое поле , генерируемое на кончике. Чтобы сформировать эффективный контакт Шоттки , сродство к электрону (E _a ) должно быть меньше работы выхода (φ) металла, составляющего противоэлектрод. В случае нанопроволоки ZnO со сродством к электрону 4,5 эВ, Pt (φ = 6,1 эВ) является подходящим металлом для создания контакта Шоттки . Построивконтакт Шоттки , электроны будут проходить к противоэлектроду от поверхности острия, когда противоэлектрод находится в контакте с областями отрицательного потенциала, тогда как ток не будет генерироваться, когда он находится в контакте с областями положительного потенциала в случае полупроводниковой наноструктуры n-типа ( полупроводниковая структура p-типа будет демонстрировать обратное явление, поскольку в этом случае дырка подвижна). Формирование контакта Шоттки также способствует, следовательно, генерации выходного сигнала постоянного тока.

Для второго случая рассматривается модель с вертикально выращенной нанопроволокой, уложенной между омическим контактом внизу и контактом Шоттки вверху. Когда сила прилагается к кончику нанопроволоки, в нанопроволоке создается одноосное сжатие. Из-за пьезоэлектрического эффекта кончик нанопроволоки будет иметь отрицательный пьезоэлектрический потенциал, увеличивая уровень Ферми на кончике. Поскольку в результате электроны будут течь от наконечника к основанию через внешнюю цепь, на наконечнике будет генерироваться положительный электрический потенциал. Шоттки контактбудет баррикадировать электроны, транспортируемые через интерфейс, таким образом поддерживая потенциал на острие. Когда сила снимается, пьезоэлектрический эффект уменьшается, и электроны будут течь обратно к вершине, чтобы нейтрализовать положительный потенциал на острие. Во втором случае будет генерироваться выходной сигнал переменного тока.

Геометрическая конфигурация [ править ]

В зависимости от конфигурации пьезоэлектрической наноструктуры , большинство наногенераторов можно разделить на 3 типа: ВИНГ , ЛИНГ и «НЭГ». Тем не менее, есть конфигурация, которая не попадает в вышеупомянутые категории, как указано в другом типе.

Вертикальный нанопроволочный интегрированный наногенератор (ВИНГ) .

Схематическое изображение типичного вертикального интегрированного наногенератора с нанопроволокой, (а) с полным контактом и (б) с частичным контактом. Отметим, что в последнем случае важна решетка на противоэлектроде.

VING представляет собой трехмерную конфигурацию, состоящую из набора из 3 слоев, которые представляют собой основной электрод, вертикально выращенную пьезоэлектрическую наноструктуру и противоэлектрод. Пьезоэлектрические наноструктуры , как правило , выращивают из базового электрода с помощью различных методов , синтезирующих, которые затем интегрированы с противоположным электродом в полном или частичном механическом контакте с его кончиком.

После того, как профессор Чжун Линь Ван из Технологического института Джорджии представил базовую конфигурацию VING в 2006 году, в которой он использовал наконечник атомно-силового микроскопа (АСМ), чтобы вызвать деформацию одной вертикальной нанопроволоки ZnO , последовала первая разработка VING. в 2007 г. ^[7] В первом VING в качестве движущегося электрода используется противоэлектрод с периодической поверхностной решеткой, напоминающий массивы иглы АСМ. Поскольку противоэлектрод не находится в полном контакте с кончиками пьезоэлектрической нанопроволоки , его движение в плоскости или вне плоскости, происходящее из-за внешней вибрации, вызывает деформацию пьезоэлектрической наноструктуры. , что приводит к генерации распределения электрического потенциала внутри каждой отдельной нанопроволоки . Противоэлектрод покрыт металлом, образующим контакт Шоттки с кончиком нанопроволоки , где только сжатая часть пьезоэлектрической нанопроволоки позволит накопленным электронам проходить через барьер между его кончиком и противоэлектродом в случае n-типа. нанопроволока . Характеристики включения и выключения этой конфигурации демонстрируют ее способность генерировать постоянный ток без внешнего выпрямителя .

В VING с частичным контактом важную роль играет геометрия противоэлектрода. Плоский противоэлектрод не вызовет достаточной деформации пьезоэлектрических наноструктур , особенно когда противоэлектрод движется в плоском режиме. После базовой геометрии, напоминающей массив наконечников АСМ , было применено несколько других подходов для простой разработки противоэлектрода. Группа профессора Чжун Линь Ванга создала противоэлектрод, состоящий из наностержней ZnO, используя аналогичный метод, используемый для синтеза массива нанопроволок ZnO . Группа профессора Сан-Ву Кима из Университета Сунгюнкван (SKKU) и группа доктора Чже-Ён Чоя из передового технологического института Samsung(SAIT) в Южной Корее представила прозрачный противоэлектрод чашеобразной формы, сочетающий анодированный алюминий и гальваническую технологию. ^[8] Они также разработали другой тип противоэлектрода с использованием сетевой однослойной углеродной нанотрубки ( ОСНТ ) на гибкой подложке, которая не только эффективна для преобразования энергии, но и прозрачна. ^[9]

Также был предложен другой тип ВИНГ. Хотя он имеет идентичную геометрическую конфигурацию с вышеупомянутым, такой VING имеет полный механический контакт между кончиками нанопроволок и противоэлектродом. ^[10] Эта конфигурация эффективна для приложений, где сила действует в вертикальном направлении (по направлению к оси c пьезоэлектрической нанопроволоки ), и она генерирует переменный ток (AC) в отличие от VING с частичным контактом.

Боковой нанопроволочный интегрированный наногенератор (ЛИНГ) .

Схематическое изображение типичного интегрированного наногенератора с боковой нанопроволокой

LING представляет собой двумерную конфигурацию, состоящую из трех частей: основного электрода, пьезоэлектрической наноструктуры, выращенной в поперечном направлении, и металлического электрода для контакта Шоттки. В большинстве случаев толщина пленки подложки намного больше диаметра пьезоэлектрической наноструктуры , поэтому отдельная наноструктура подвергается чистой деформации растяжения.

LING - это расширение однопроволочного генератора (SWG), в котором выровненная по бокам нанопроволока интегрирована на гибкую подложку. SWG - это скорее научная конфигурация, используемая для проверки способности пьезоэлектрического материала генерировать электрическую энергию, и она широко применяется на ранней стадии разработки.

Что касается VING с полным механическим контактом, LING генерирует электрический сигнал переменного тока. Выходное напряжение можно усилить, построив массив ЛИНГ, соединенных последовательно на единой подложке, что приведет к конструктивному сложению выходного напряжения. Такая конфигурация может привести к практическому применению LING для поглощения крупномасштабной энергии, например, ветра или океанских волн.

Нанокомпозитные электрические генераторы (НЭГ) .

Схематическое изображение типичного нанокомпозитного электрического генератора

«NEG» представляет собой трехмерную конфигурацию, состоящую из трех основных частей: металлических пластинчатых электродов, вертикально выращенной пьезоэлектрической наноструктуры и полимерной матрицы, которая заполняет промежуточную пьезоэлектрическую наноструктуру .

NEG был представлен Momeni et al. ^[11] Было показано, что NEG имеет более высокую эффективность по сравнению с исходной конфигурацией наногенератора, в которой нанопроволока ZnO будет изгибаться наконечником AFM. Также показано, что он обеспечивает источник энергии с более высокой устойчивостью.

Другой тип . Геометрическая конфигурация, напоминающая ткань, была предложена профессором Чжун Линь Вангом в 2008 году. Пьезоэлектрическая нанопроволока выращивается вертикально на двух микроволокнах в его радиальном направлении, и они переплетаются, образуя наногенератор. ^[12] Одно из микроволокон покрыто металлом, образуя контакт Шоттки, служащий противоэлектродом VING. Когда подвижное микроволокно растягивается, деформация наноструктуры происходит на неподвижном микроволокне, что приводит к генерации напряжения. Его принцип работы идентичен VING с частичным механическим контактом, генерируя электрический сигнал постоянного тока.

Материалы [ править ]

Среди различных пьезоэлектрических материалов, изучаемых для наногенератора, многие исследования были сосредоточены на материалах со структурой вюрцита, таких как ZnO , CdS ^[13] и GaN . ^[14] Наибольшее преимущество этих материалов проистекает из простой и экономичной технологии изготовления, гидротермального синтеза . Поскольку гидротермальный синтез может проводиться при низкой температуре окружающей среды ниже 100 ° C в дополнение к вертикальному и кристаллическому росту, эти материалы могут быть интегрированы в различные субстраты с меньшим вниманием к их физическим характеристикам, таким как температура плавления.

Попытки улучшить пьезоэлектричество отдельной нанопроволоки также привели к разработке других пьезоэлектрических материалов на основе структуры вюрцита . Профессор Чжун Линь Ван из Технологического института Джорджии представил нанопроволоку ZnO p-типа . ^[15] В отличие от полупроводниковой наноструктуры n-типа , подвижная частица в p-типе является дыркой, поэтому поведение Шоттки полностью противоположно поведению в случае n-типа; электрический сигнал генерируется из той части наноструктуры, где скапливаются отверстия. Экспериментально доказано, что нанопроволока ZnO p-типаможет генерировать выходной сигнал примерно в 10 раз больше, чем у нанопроволоки ZnO n-типа .

Исходя из идеи, что материал со структурой перовскита, как известно, имеет более эффективные пьезоэлектрические характеристики по сравнению со структурой вюрцита , нанопроволока из титаната бария (BaTiO ₃ ) также была исследована профессором Мин-Фенг Ю из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн . ^[16] Было обнаружено, что выходной сигнал более чем в 16 раз больше, чем от аналогичной нанопроволоки ZnO .

Профессор Ливэй Лин из Калифорнийского университета в Беркли предположил, что PVDF можно также применять для создания наногенератора. ^[17] Будучи полимером, ПВДФ использует для его изготовления электроспиннинг в ближней зоне, который отличается от других материалов. Нановолокно может быть непосредственно нанесено на подложку, контролируя процесс, и ожидается, что этот метод будет применяться для формирования текстиля с автономным питанием на основе нановолокна . Исследователи из SUTD представили успешный синтез сверхдлинных нановолокон ниобата калия (KNbO ₃ ) с использованием золь-гелевого процесса электроспиннинга в дальней зоне ^[18]и использовал их для разработки гибкого наногенератора с высоким выходным напряжением. ^[19]

Учитывая, что пьезоэлектрическая постоянная играет решающую роль в общих характеристиках пьезоэлектрического наногенератора, еще одним направлением исследований для повышения эффективности устройства является поиск нового материала с большим пьезоэлектрическим откликом. Свинец, ниобат магния-титанат свинца (PMN-PT) - это пьезоэлектрический материал нового поколения со сверхвысокой пьезоэлектрической постоянной, когда достигается идеальный состав и ориентация. В 2012 году нанопроволоки PMN-PT с очень высокой пьезоэлектрической постоянной были изготовлены гидротермическим методом ^[20], а затем собраны в устройство для сбора энергии. ^[21] Рекордно высокая пьезоэлектрическая проницаемость была дополнительно улучшена за счет изготовления монокристаллического нанопояса PMN-PT, ^[22] который затем был использован в качестве основного строительного блока для пьезоэлектрического наногенератора.

Сравнение отчетных материалов по 2010 г. представлено в следующей таблице.

Материал	Тип	Геометрия	Выходное напряжение	Выходная мощность	Синтез	Исследовано в
ZnO (n-тип)	Вюрцит	D: ~ 100 нм, L: 200 ~ 500 нм	V _P = ~ 9 мВ при R = 500 МОм	~ 0,5 пВт на цикл (оценка)	CVD, гидротермальный процесс	Технологический институт Джорджии.
ZnO (р-тип)	Вюрцит	D: ~ 50 нм, L: ~ 600 нм	V _P = 50 ~ 90 мВ при R = 500 МОм	5 ~ 16,2 пВт на цикл (рассчитано)	Сердечно-сосудистые заболевания	Технологический институт Джорджии.
ZnO-ZnS	Вюрцит (Гетероструктура)	Не указано	V _P = ~ 6 мВ при R = 500 МОм	~ 0,1 пВт на цикл (рассчитано)	Термическое напыление и травление	Технологический институт Джорджии.
GaN	Вюрцит	D: 25 ~ 70 нм, L: 10 ~ 20 мкм	V _avg = ~ 20 мВ, V _max = ~ 0,35 В @ R = 500 МОм	~ 0,8 пВт на цикл (в среднем, рассчитано)	Сердечно-сосудистые заболевания	Технологический институт Джорджии. ^[14]
CdS	Вюрцит	D: ~ 100 нм, L: 1 мкм	V _P = ~ 3 мВ	Не указано	PVD, гидротермальный процесс	Технологический институт Джорджии. ^[13]
BaTiO ₃	Перовскит	D: ~ 280 нм, L: ~ 15 мкм	V _P = ~ 25 мВ при R = 100 МОм	~ 0,3 АДж на цикл (заявлено)	Химическая реакция при высоких температурах	UIUC ^[16]
ПВДФ	Полимер	D: 0,5 ~ 6,5 мкм, L: 0,1 ~ 0,6 мм	V _P = 5 ~ 30 мВ	2,5 пВт ~ 90 пВт на цикл (рассчитано)	Электро спиннинг	Калифорнийский университет в Беркли ^[17]
KNbO ₃	Перовскит	D: ~ 100 нм; L: несколько см	Vp = ~ 16 В при R = 100 МОм		Электро спиннинг	SUTD / MIT ^[19]

Приложения [ править ]

Ожидается, что наногенератор будет применяться в различных приложениях, где существует периодическая кинетическая энергия, например, от ветра и океанских волн в большом масштабе до движения мышц при ударе сердца или вдыхания легких в небольшом масштабе. Дальнейшие возможные применения следующие.

Автономные нано / микро устройства . Одним из возможных применений наногенератора является независимый или дополнительный источник энергии к нано / микро устройствам, потребляющим относительно небольшое количество энергии в условиях, когда кинетическая энергия подается непрерывно. Один из примеров был представлен группой профессора Чжун Линь Вана в 2010 году - датчик pH или УФ с автономным питанием, встроенный в датчик VING с выходным напряжением 20 ~ 40 мВ на датчик.

Тем не менее, преобразованная электрическая энергия относительно мала для работы нано / микро устройств; поэтому диапазон его применения в качестве дополнительного источника энергии к батарее все еще ограничен. Прорыв осуществляется путем объединения наногенератора с другими типами устройств сбора энергии, такими как солнечные батареи или биохимические устройства сбора энергии. ^[23]^[24] Ожидается, что этот подход внесет вклад в разработку источника энергии, подходящего для применения, в котором независимая работа имеет решающее значение, например, Smartdust .

Умные носимые системы . Оборудование, интегрированное или изготовленное из текстиля с пьезоэлектрическим волокном, является одним из возможных применений наногенератора. Кинетическая энергия человеческого тела преобразуется в электрическую энергию через пьезоэлектрические волокна, и ее, возможно, можно использовать для питания портативных электронных устройств, таких как система мониторинга здоровья, подключенная к интеллектуальным носимым системам . Наногенератор, такой как VING, также может быть легко интегрирован в обувь, используя движение человеческого тела при ходьбе.

Еще одно подобное приложение - искусственная кожа, генерирующая энергию. Группа профессора Чжун Линь Ванга показала такую возможность, генерируя переменное напряжение до 100 мВ от гибкого SWG, прикрепленного к бегущему хомяку. ^[25]

Прозрачные и гибкие устройства . Некоторые пьезоэлектрические наноструктуры могут быть сформированы на различных типах подложек, таких как гибкие и прозрачные органические подложки. Исследовательские группы в SKKU (группа профессора Сан-Ву Кима) и SAIT (группа доктора Джэ-Ён Чой) разработали прозрачный и гибкий наногенератор, который, возможно, может быть использован для тактильного датчика с автономным питанием, и ожидали, что разработка может быть расширена. к энергоэффективным устройствам с сенсорным экраном. Их исследовательская направленность расширяется, чтобы повысить прозрачность устройства и рентабельность, заменив электрод из оксида индия и олова ( ITO ) слоем графена . ^[26]

Имплантируемый телеметрический приемник энергии . Наногенератор на основе нанопроволоки ZnO может применяться для имплантируемых устройств, поскольку ZnO не только биосовместим, но также может быть синтезирован на органической подложке, что делает наногенератор в целом биосовместимым. Имплантируемое устройство, интегрированное с наногенератором, может работать, принимая внешние ультразвуковые колебания вне человеческого тела, которые преобразуются в электрическую энергию пьезоэлектрической наноструктурой .

Трибоэлектрический наногенератор [ править ]

Эта статья или раздел могли быть скопированы и вставлены из другого места, возможно, в нарушение политики Википедии в отношении авторских прав . Просмотрите https://www.slideshare.net/MDNAWAZ3/nano-generators-by-tanveer-ahmed-ganganalli-seminar-report ^{( DupDet · CopyVios )} и ^{исправьте} это , отредактировав эту статью, чтобы удалить любой несвободный контент, защищенный авторским правом, и правильная атрибуция бесплатного контента или отметка контента для удаления. Убедитесь, что предполагаемый источник нарушения авторских прав не является зеркалом Википедии . ( Апрель 2019 г. )

Обзор [ править ]

Краткое изложение прогресса, достигнутого в увеличении плотности выходной мощности трибоэлектрических наногенераторов за 12 месяцев.

Трибоэлектрический nanogenerator является сбор энергии устройства , которое преобразует внешнюю механическую энергию в электрическую энергию с помощью конъюнкции трибоэлектрического эффекта и электростатической индукции . Этот новый тип наногенератора был впервые продемонстрирован в группе профессора Чжун Линь Ванга в Технологическом институте Джорджии в 2012 году ^[27].Что касается этого блока выработки энергии, во внутренней цепи создается потенциал за счет трибоэлектрического эффекта из-за переноса заряда между двумя тонкими органическими / неорганическими пленками, которые имеют противоположную трибополярность; во внешней цепи электроны движутся между двумя электродами, прикрепленными к тыльной стороне пленок, чтобы уравновесить потенциал. Поскольку наиболее полезными материалами для TENG являются органические, его также называют органическим наногенератором, который является первым, в котором органические материалы используются для сбора механической энергии.

С момента первого отчета TENG в январе 2012 года удельная мощность на выходе TENG была улучшена на пять порядков в течение 12 месяцев. Удельная мощность по площади достигает 313 Вт / м ² , объемная плотность достигает 490 кВт / м ³ , а эффективность преобразования составляет ~ 60% ^[28] –72% ^[29].были продемонстрированы. Помимо беспрецедентной производительности, эта новая энергетическая технология также имеет ряд других преимуществ, таких как низкая стоимость производства и изготовления, отличная прочность и надежность, а также экологичность. Трибоэлектрический наногенератор может применяться для сбора любой доступной механической энергии, которая тратится впустую в нашей повседневной жизни, такой как движение человека, ходьба, вибрация, механическое срабатывание, вращающаяся шина, ветер, текущая вода и многое другое. ^[28]

Что еще более важно, Рамакришна Podila в группе в университете Клемсона продемонстрировала первый по- настоящему беспроводные трибоэлектрические Наногенераторы, ^[30] , которые были в состоянии беспроводных устройств накопления заряда энергии (например, батареи и конденсаторы) без необходимости какого - либо внешнего усиления и бустеров. ^[31] Эти беспроводные генераторы могли бы проложить путь для новых систем, которые можно было бы использовать для сбора механической энергии и беспроводной передачи генерируемой энергии для хранения.

Трибоэлектрический наногенератор имеет три основных режима работы: режим вертикального разделения контактов, режим скольжения в плоскости и одноэлектродный режим. Они имеют разные характеристики и подходят для разных применений.

Основные режимы и механизмы [ править ]

Вертикальный режим разделения контактов

Вертикальный контактно-разделительный режим трибоэлектрического наногенератора

Рабочий механизм трибоэлектрического наногенератора можно описать как периодическое изменение разности потенциалов, вызванное циклическим разделением и повторным контактом противоположных трибоэлектрических зарядов на внутренних поверхностях двух листов. Когда к устройству применяется механическое перемешивание, чтобы согнуть или прижать его, внутренние поверхности двух листов войдут в тесный контакт и начнется перенос заряда, при этом одна сторона поверхности останется с положительными зарядами, а другая - с отрицательными. Это просто трибоэлектрический эффект . Когда деформация высвобождается, две поверхности с противоположными зарядами автоматически разделятся, так что эти противоположные трибоэлектрические заряды будут генерировать электрическое поле.между ними и, таким образом, создают разность потенциалов между верхним и нижним электродами. Чтобы экранировать эту разность потенциалов, электроны будут перемещаться от одного электрода к другому через внешнюю нагрузку. Электроэнергия, генерируемая в этом процессе, будет продолжаться до тех пор, пока потенциалы двух электродов снова не вернутся к норме. Впоследствии, когда два листа снова прижимаются друг к другу, разность потенциалов, индуцированная трибоэлектрическим зарядом, начнет уменьшаться до нуля, так что перенесенные заряды будут течь обратно через внешнюю нагрузку, чтобы генерировать еще один импульс тока в противоположном направлении. . Когда эта периодическая механическая деформация длится, сигналы переменного тока (AC) будут генерироваться непрерывно. ^[32]^[33]

Что касается пары материалов, вступающих в контакт и генерирующих трибоэлектрические заряды, по крайней мере, один из них должен быть изолятором , чтобы трибоэлектрические заряды не могли отводиться, а оставались на внутренней поверхности листа. Затем эти неподвижные трибоэлектрические заряды могут индуцировать электрический ток переменного тока во внешней нагрузке при периодическом изменении расстояния.

Боковое скольжение

Боковой режим скольжения трибоэлектрического наногенератора

Существует два основных процесса трения: нормальный контакт и боковое скольжение. Мы продемонстрировали здесь TENG, который разработан на основе скольжения в плоскости между двумя поверхностями в поперечном направлении. ^[34]При интенсивной трибоэлектрификации, облегченной трением скольжения, периодическое изменение площади контакта между двумя поверхностями приводит к боковому разделению центров заряда, что создает падение напряжения для движения потока электронов во внешней нагрузке. Механизм генерирования электроэнергии, вызванный скольжением, схематически изображен на рисунке. В исходном положении две полимерные поверхности полностью перекрываются и плотно контактируют друг с другом. Из-за большой разницы в способности притягивать электроны трибоэлектризация оставит одну поверхность с чистыми положительными зарядами, а на другой - отрицательными зарядами с одинаковой плотностью. Поскольку трибозаряды на изоляторах будут распространяться только в поверхностном слое и не будут вытекать в течение длительного периода времени,разделение между положительно заряженной поверхностью и отрицательно заряженной поверхностью пренебрежимо мало в этом перекрывающемся положении, и, таким образом, будет небольшое падение электрического потенциала на двух электродах. Как только верхняя пластина с положительно заряженной поверхностью начинает выдвигаться наружу, начинается разделение заряда в плоскости из-за уменьшения площади контактной поверхности. Разделенные заряды будут генерировать электрическое поле, направленное справа налево почти параллельно пластинам, вызывая более высокий потенциал на верхнем электроде. Эта разность потенциалов будет управлять током от верхнего электрода к нижнему электроду, чтобы создать падение электрического потенциала, которое нейтрализует потенциал, индуцированный трибозарядом.Поскольку расстояние по вертикали между электродным слоем и трибозарядной полимерной поверхностью незначительно по сравнению с расстоянием разделения боковых зарядов, количество перенесенных зарядов на электроды приблизительно равно количеству разделенных зарядов при любом скользящем смещении. Таким образом, ток будет продолжаться с продолжением продолжающегося процесса скольжения, который продолжает увеличивать разделенные заряды, до тех пор, пока верхняя пластина полностью не выскользнет из нижней пластины и трибозарядные поверхности не будут полностью разделены. Измеренный ток должен определяться скоростью, с которой две пластины раздвигаются. Впоследствии, когда верхняя пластина перемещается назад, разделенные заряды снова начинают контактировать, но не аннигиляции из-за изолирующей природы полимерных материалов.Избыточные переносимые заряды на электродах будут течь обратно через внешнюю нагрузку с увеличением площади контакта, чтобы поддерживать электростатическое равновесие. Это будет способствовать прохождению тока от нижнего электрода к верхнему наряду со вторым полупериодом скольжения. Как только две пластины достигают положения перекрытия, заряженные поверхности снова входят в полный контакт. На электроде не останется перенесенных зарядов, и устройство вернется в первое состояние. Во всем этом цикле процессы скольжения наружу и внутрь симметричны, поэтому следует ожидать пары симметричных пиков переменного тока.Это будет способствовать прохождению тока от нижнего электрода к верхнему наряду со вторым полупериодом скольжения. Как только две пластины достигают положения перекрытия, заряженные поверхности снова входят в полный контакт. На электроде не останется перенесенных зарядов, и устройство вернется в первое состояние. Во всем этом цикле процессы скольжения наружу и внутрь симметричны, поэтому следует ожидать пары симметричных пиков переменного тока.Это будет способствовать прохождению тока от нижнего электрода к верхнему наряду со вторым полупериодом скольжения. Как только две пластины достигают положения перекрытия, заряженные поверхности снова входят в полный контакт. На электроде не останется перенесенных зарядов, и устройство вернется в первое состояние. Во всем этом цикле процессы скольжения наружу и внутрь симметричны, поэтому следует ожидать пары симметричных пиков переменного тока.процессы скольжения наружу и внутрь симметричны, поэтому следует ожидать пары симметричных пиков переменного тока.процессы скольжения наружу и внутрь симметричны, поэтому следует ожидать пары симметричных пиков переменного тока.

Механизм разделения заряда в плоскости может работать как в однонаправленном скольжении между двумя пластинами ^{[35], так} и в режиме вращения. ^[36] В режиме скольжения введение линейной решетки или круговой сегментации на скользящих поверхностях является чрезвычайно эффективным средством сбора энергии. С такими структурами две структурированные трибоэлектрические поверхности могут занять полностью несовпадающее положение за счет смещения только на единицу длины решетки, а не на всю длину TENG, так что это резко увеличивает эффективность переноса индуцированных зарядов.

Одноэлектродный режим

Одноэлектродный режим трибоэлектрического наногенератора

Трибоэлектрический наногенератор на основе одного электрода представлен как более практичная и выполнимая конструкция для некоторых приложений, таких как трибоэлектрический наноагенератор с приводом от пальца. ^[37]^[38]Принцип работы одноэлектродного ТЭНа схематично показан на рисунке посредством связи контактной электризации и электростатической индукции. В исходном положении поверхности кожи и ПДМС полностью контактируют друг с другом, что приводит к передаче заряда между ними. Согласно трибоэлектрическому ряду, электроны вводились из кожи в PDMS, поскольку PDMS является более трибоэлектрически отрицательным, чем кожа, что является процессом контактной электризации. Произведенные трибоэлектрические заряды с противоположной полярностью полностью сбалансированы / экранированы, что приводит к отсутствию потока электронов во внешней цепи. Как только происходит относительное разделение между PDMS и кожей, эти трибоэлектрические заряды не могут быть компенсированы. Отрицательные заряды на поверхности PDMS могут вызывать положительные заряды на ITO-электроде,заставляя свободные электроны течь от электрода ITO к земле. Этот процесс электростатической индукции может давать выходной сигнал напряжения / тока, если расстояние между соприкасающейся кожей и нижним ПДМС заметно сравнимо с размером пленки ПДМС. Когда отрицательные трибоэлектрические заряды на PDMS полностью экранируются от индуцированных положительных зарядов на ITO-электроде за счет увеличения расстояния между PDMS и кожей, выходные сигналы не могут наблюдаться, как показано. Более того, когда кожа была обращена, чтобы приблизиться к PDMS, индуцированные положительные заряды на ITO-электроде уменьшаются, и электроны будут течь от земли к ITO-электроду, пока кожа и PDMS снова полностью не соприкоснутся друг с другом, что приведет к обратному выходному напряжению. / текущий сигнал.Это полный цикл процесса выработки электроэнергии для ТЭНа в режиме разъединения контактов.

Приложения [ править ]

TENG - это физический процесс преобразования механического возбуждения в электрический сигнал посредством процессов трибоэлектрификации (во внутренней цепи) и электростатической индукции (во внешней цепи). Этот базовый процесс был продемонстрирован для двух основных приложений. Первое применение - это сбор энергии с особым преимуществом сбора механической энергии. Другое применение - служить активным датчиком с автономным питанием, поскольку для его работы не требуется внешний источник питания.

Сбор энергии вибрации

Вибрации являются результатом самых популярных явлений в обществе: ходьбы, голосов, вибрации двигателя, автомобиля, поезда, самолета, ветра и многих других. Он существует почти везде и всегда. Сбор энергии вибрации имеет большое значение, особенно для питания мобильной электроники, особенно в сочетании с дополнительными сбалансированными методами сбора энергии. Были продемонстрированы различные технологии, основанные на фундаментальных принципах трибоэлектрических наногенераторов для сбора энергии вибрации. Это применение трибоэлектрического наногенератора было продемонстрировано в следующих аспектах: 1. Консольная техника представляет собой классический подход для сбора механической энергии, особенно для МЭМС. Разработав поверхность контакта консоли с верхней и нижней поверхностями во время вибрации,TENG был продемонстрирован для сбора энергии вибрации окружающей среды на основе режима разделения контактов.^[39] 2. Чтобы получить энергию из рюкзака, мы продемонстрировали рационально разработанный TENG с интегрированной ромбической сеткой, который значительно улучшил общий выходной ток за счет структурно увеличенных элементарных ячеек, соединенных параллельно.^[40] 3. С использованием 4 опорных пружин был изготовлен TENG на основе гармонического резонатора на основе вызванного резонансом разделения контактов между двумя трибоэлектрическими материалами, который использовался для сбора энергии вибрации от автомобильного двигателя. диван и письменный стол.^[41]4. Недавно был разработан трехмерный трибоэлектрический наногенератор (3D-TENG), основанный на режиме гибридизации, сочетающем режим вертикального разделения контактов и режим скольжения в плоскости.36 Инновационная конструкция облегчает сбор энергии случайных колебаний во множестве направления через широкую полосу пропускания. Трехмерный TENG предназначен для сбора энергии вибрации окружающей среды, особенно на низких частотах, в различных условиях повседневной жизни, что открывает возможности применения TENG для мониторинга окружающей среды / инфраструктуры, зарядки портативной электроники и Интернета вещей.

Получение энергии от движения человеческого тела

Поскольку в повседневной жизни человеческие тела генерируют много механической энергии, мы можем использовать трибоэлектрический наногенератор для преобразования этого количества механической энергии в электричество, для зарядки портативной электроники и биомедицинских приложений. ^[42]Это поможет значительно повысить удобство жизни людей и расширить область применения персональной электроники. Была продемонстрирована упакованная энергогенерирующая стелька со встроенными гибкими многослойными трибоэлектрическими наногенераторами, которые позволяют снимать механическое давление при нормальной ходьбе. Используемый здесь TENG основан на режиме разделения контактов и эффективно реагирует на периодическое сжатие стельки. Используя стельку в качестве прямого источника питания, мы разрабатываем полностью упакованную обувь с подсветкой, которая имеет широкое применение в демонстрационных и развлекательных целях. ТЭН может быть прикреплен к внутреннему слою рубашки для сбора энергии от движений тела. При обычной ходьбе максимальное выходное напряжение и плотность тока составляют до 17 В и 0,02 мкА / см ^2., соответственно. TENG с однослойным размером 2 см × 7 см × 0,08 см, наклеивающимся на одежду, был продемонстрирован как устойчивый источник энергии, который не только может напрямую освещать 30 светодиодов (LED), но также может заряжать ион лития. батарею, постоянно хлопая в ладоши.

Активные датчики деформации / силы с автономным питанием

Трибоэлектрический наногенератор автоматически генерирует выходное напряжение и ток при механическом срабатывании. Величина выходного сигнала означает влияние механической деформации и ее поведение в зависимости от времени. Это основной принцип применения ТЭНа в качестве датчика давления с автономным питанием. Выходной сигнал напряжения может отражать приложенное давление, вызванное каплей воды. Все типы TENG обладают высокой чувствительностью и быстрым откликом на внешнюю силу и отображаются в виде острого пикового сигнала. Кроме того, можно определить реакцию на удар куска пера (20 мг, ~ 0,4 Па при контактном давлении). Сигнал датчика может деликатно показать эти детали всего процесса. Существующие результаты показывают, что наш датчик может применяться для измерения тонкого давления в реальной жизни. ^[43]

Датчик активного давления также был разработан в виде композитного материала. Термин «трибоэлектрический композит» относится к полимеру губчатой формы с заделанной проволокой. Прикладывание давления и удара к композиту в любом направлении вызывает разделение заряда между мягким полимером и активным проводом из-за наличия воздушного зазора композита. Пассивная проволока в качестве второго электрода может быть либо встроена в губку без воздушного зазора, либо размещена из композита, позволяя датчику работать в режиме одного электрода. ^[44]

В случае, если мы сделаем матричный массив трибоэлектрических наногенераторов, может быть реализована карта давления большой площади с автономным питанием, нанесенная на поверхность. ^[45] Реакция массива TENG на местное давление измерялась с помощью многоканальной измерительной системы. Есть два типа выходных сигналов от TENG: напряжение холостого хода и ток короткого замыкания. Напряжение холостого хода определяется только окончательной конфигурацией TENG после применения механического срабатывания, так что это мера величины деформации, которая приписывается статической информации, предоставляемой TENG. Выходной ток зависит от скорости, с которой будет протекать индуцированный заряд, поэтому сигнал тока более чувствителен к динамическому процессу применения механического запуска.

Активный датчик давления и интегрированная матрица датчиков, основанная на трибоэлектрическом эффекте, имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными пассивными датчиками давления. Во-первых, активный датчик способен измерять как статическое давление с использованием напряжения холостого хода, так и динамическое измерение давления с использованием тока короткого замыкания, в то время как обычные датчики обычно неспособны к динамическому измерению для предоставления информации о скорости нагрузки. Во-вторых, быстрая реакция как статических, так и динамических датчиков позволяет выявить подробную информацию о давлении нагрузки. В-третьих, предел обнаружения TENG для динамического считывания составляет всего 2,1 Па из-за высокой выходной мощности TENG. В-четвертых, активная матрица датчиков, представленная в этой работе, не потребляет энергию и даже может быть объединена с функцией сбора энергии для составления карты давления с автономным питанием.Дальнейшие работы в этой области включают миниатюризацию размера пикселя для достижения более высокого пространственного разрешения и интеграцию матрицы TEAS на полностью гибкую подложку для формирования изображений давления с адаптацией к форме.

Датчики движения с автономным питанием

Интеллектуальная система ременного шкива приводит в действие схему энкодера, преобразуя трение в электрическую энергию.

Термин "датчики с автономным питанием" может выходить далеко за рамки простого выходного сигнала напряжения. Это может относиться к системе, которая питает всю электронику, отвечающую за измерение и демонстрацию обнаруживаемого движения. Например, трибоэлектрический энкодер с автономным питанием, интегрированный в интеллектуальную систему ременного шкива, преобразует трение в полезную электрическую энергию, сохраняя собранную энергию в конденсаторе и полностью запитывая схему, включая микроконтроллер и ЖК-дисплей. ^[46]

Активные химические сенсоры с автономным питанием

Что касается трибоэлектрических наногенераторов, максимизация генерации заряда на противоположных сторонах может быть достигнута путем выбора материалов с наибольшей разницей в способности притягивать электроны и изменения морфологии поверхности. В таком случае выход TENG зависит от типа и концентрации молекул, адсорбированных на поверхности трибоэлектрических материалов, которые могут использоваться для изготовления химических и биохимических сенсоров. Например, производительность TENG зависит от сборки наночастиц (НЧ) Au на металлической пластине. Эти собранные наночастицы золота не только действуют как устойчивые зазоры между двумя пластинами при отсутствии деформаций, но также обеспечивают функцию увеличения площади контакта двух пластин, что увеличивает электрическую мощность TENG.Путем дальнейшей модификации молекул 3-меркаптопропионовой кислоты (3-MPA) на собранных наночастицах Au, высокопроизводительный наногенератор может стать высокочувствительным и селективным наносенсором по отношению к Hg.Обнаружение ионов ²⁺ из-за разной трибоэлектрической полярности НЧ Au и ионов Hg ²⁺ . Благодаря своей высокой чувствительности, селективности и простоте, TENG обладает большим потенциалом для определения ионов Hg ²⁺ в пробах окружающей среды. TENG - это будущая система обнаружения недоступных и закрытых экстремальных сред. Поскольку разные ионы, молекулы и материалы обладают своей уникальной трибоэлектрической полярностью, мы ожидаем, что TENG может стать датчиком электрического включения или выключения, когда аналиты избирательно связываются с модифицированной поверхностью электрода. Мы считаем, что эта работа послужит отправной точкой для соответствующих исследований TENG и вдохновит развитие TENG в направлении других ионов металлов и биомолекул, таких как ДНК и белки, в ближайшем будущем.^[47]

Выбор материалов и структур поверхности [ править ]

Эффект трибоэлектрификации проявляют почти все известные материалы, от металла до полимера, до шелка и дерева, почти все. Все эти материалы могут быть кандидатами для изготовления TENG, поэтому выбор материалов для TENG огромен. Однако способность материала приобретать / терять электрон зависит от его полярности. Джон Карл Вилке опубликовал первый трибоэлектрический ряд в 1757 году о статических зарядах. Материал в нижней части ряда при прикосновении к материалу в верхней части ряда приобретает более отрицательный заряд. Чем дальше два материала находятся друг от друга в серии, тем больше передается заряд. Помимо выбора материалов в трибоэлектрическом ряду, морфология поверхностей может быть изменена физическими методами с созданием пирамид-,квадратные или полусферические микро- или наноразмеры, которые эффективны для увеличения площади контакта и, возможно, трибоэлектрификации. Однако созданная неровная структура на поверхности может увеличить силу трения, что может снизить эффективность преобразования энергии TENG. Следовательно, должна быть разработана оптимизация для максимизации эффективности преобразования.

Поверхности материалов можно функционализировать химически, используя различные молекулы, нанотрубки, нанопроволоки или наночастицы, чтобы усилить эффект трибоэлектрификации. Функционализация поверхности может в значительной степени изменить поверхностный потенциал. Нанесение наноструктур на поверхности может изменить характеристики локального контакта, что может улучшить трибоэлектрификацию. Это потребует большого количества исследований для тестирования ряда материалов и ряда доступных наноструктур.

Помимо этих чистых материалов, контактные материалы могут быть сделаны из композитов, например наночастиц, встраиваемых в полимерную матрицу. Это не только изменяет поверхностную электризацию, но и диэлектрическую проницаемость материалов, так что они могут быть эффективными для электростатической индукции. Таким образом, существует множество способов улучшить характеристики TENG с точки зрения материалов. Это дает отличную возможность химикам и материаловедам проводить обширные исследования как в области фундаментальной науки, так и в практическом применении. В отличие от этого, материалы систем для солнечных элементов и термоэлектрических систем, например, довольно ограничены, и не так уж много вариантов для высокопроизводительных устройств.

Стандарты и добродетели [ править ]

Для количественной оценки характеристик трибоэлектрических наногенераторов был разработан показатель качества (FOM _P ), состоящий из конструктивного показателя качества (FOM _S ), связанного со структурой TENG, и добротности материала. (FOM _M ), который представляет собой квадрат поверхностной плотности заряда. ^[48] С учетом эффекта пробоя также предлагается пересмотренная добротность. ^[49] На основе FOM можно сравнивать и оценивать выходные данные различных TENG.

Циклы вывода энергии TENG

Для непрерывного периодического механического движения (от перемещения x = 0 до x = x _max ) электрический выходной сигнал от TENG также периодически зависит от времени. В таком случае средняя выходная мощность P, связанная с сопротивлением нагрузки, используется для определения достоинств TENG. Учитывая определенный период времени T, выходная энергия за цикл E может быть получена как:

$E=PT=\int VI\,dt=\oint V\,dQ$

Это указывает на то, что выходную энергию за цикл E можно рассчитать как обведенную область замкнутого контура на кривой V – Q, а все циклы VQ называются «циклами для выхода энергии» (CEO).

Циклы для максимального выхода энергии TENG.

Путем периодического перехода между режимами нагрузки и короткого замыкания можно получить циклы для максимальной выходной энергии. Когда нагрузка равна бесконечности, VQ приобретает форму трапеции, вершины которой определяются максимальным переносимым зарядом при коротком замыкании Q _{SC, max} , а максимальная выходная энергия может быть рассчитана как: $E_{\text{m}}={\frac {1}{2}}Q_{\text{SC,max}}(V_{\text{OC,max}}$ $+V_{\text{OC}}\prime )$

Циклы для максимального выхода энергии (CMEO) TENG

Достоинства (FOM) TENG.

Для TENG, работающего в CMEO с бесконечным сопротивлением нагрузке, период T включает две части времени. Одна часть связана с относительным движением в TENG, а другая часть связана с процессом разряда в состоянии короткого замыкания. Эффект пробоя широко распространен в трибоэлектрических наногенераторах, что серьезно влияет на эффективный максимальный выход энергии E _em . ^[50] Следовательно, средняя выходная мощность P на CMEO с учетом эффекта пробоя должна удовлетворять: где v - среднее значение скорости относительного движения в TENG, которое зависит от входных механических движений. В этом уравнении $P={\frac {E_{\text{em}}}{T}}\approx {\frac {E_{\text{em}}}{\frac {2x_{\text{max}}}{v}}}={\frac {v}{2}}{\frac {E_{\text{em}}}{x_{\text{max}}}}$ ${\frac {E_{\text{em}}}{x_{\text{max}}}}$ - это единственный термин, который зависит от характеристик самого TENG. Эффективность преобразования энергии TENG может быть выражена как (при CMEO с R = ∞ с учетом эффектов пробоя):

yita={\frac {E_{\text{out}}}{E_{\text{in}}}}={\frac {E_{\text{output per cycle}}}{E_{\text{output per cycle}}+E_{\text{dissipation per cycle}}}}}={\frac {1}{1+{\frac {1}{\frac {E_{\text{em}}}{2Fx_{\text{max}}}}}}

Здесь F обозначает среднюю диссипативную силу во время работы TENG. ^[51] Эта сила может быть силой трения, силой сопротивления воздуха или другими. обозначает среднюю диссипативную силу во время работы ТЭНа. Эта сила может быть силой трения, силой сопротивления воздуха или другими. Следовательно, можно сделать вывод, что этот член определяет как среднюю мощность, так и эффективность преобразования энергии из характеристик самого TENG. E _em содержит Q _{SC, max,} который пропорционален площади трибоэлектрификации A. Следовательно, чтобы исключить влияние размера TENG на выходную энергию, площадь A должна быть помещена в знаменатель этого члена, а затем этот член определяет достоинства ТЕНГ. Q _{SC, не более}

{\frac {E_{\text{em}}}{x_{\text{max}}}}

{\frac {E_{\text{em}}}{Ax_{\text{max}}}}

, V _{OC, max} и V _max 'пропорциональны плотности поверхностного заряда σ. Следовательно, E _em пропорционально квадрату поверхностной плотности заряда σ. Затем можно определить безразмерный структурный FOM (FOM _S ) TENG, поскольку коэффициент зависит только от структурных параметров и x _max : Здесь ε ₀ - диэлектрическая проницаемость вакуума. Этот структурный FOM представляет собой заслугу TENG от структурного дизайна. И тогда производительность FOM (FOM _P ) TENG может быть определена как: Здесь, это единственный компонент, связанный со свойствами материала. ФОМ _П

FOM_{\text{S}}=2\epsilon _{0}/\sigma ^{2}{\frac {E_{\text{em}}}{Ax_{\text{max}}}}

FOM_{\text{P}}=2\epsilon _{0}{\frac {E_{\text{em}}}{Ax_{\text{max}}}}

FOM_{\text{M}}=\sigma ^{2}

может считаться универсальным стандартом для оценки разновидностей TENG, поскольку он прямо пропорционален максимально возможной средней выходной мощности и связан с наивысшей достижимой эффективностью преобразования энергии, независимо от режима и размера TENG.

Стандартизированный метод оценки выходной мощности [ править ]

С учетом эффекта пробоя предлагается стандартизированный метод оценки выходной мощности наногенераторов, который может экспериментально измерить предел пробоя и E _em наногенераторов. ^[49] Предыдущие исследования теоретической модели подразумевают, что TENG можно рассматривать как источник напряжения, соединенный последовательно с конденсатором, емкость которого изменяется во время работы. ^[52]На основе емкостных свойств разработан метод оценки путем зарядки целевого TENG (TENG1) с различным смещением x для измерения состояния пробоя. Другой TENG (TENG2) добавляется в качестве источника высокого напряжения для запуска целевого TENG для приближения к состоянию пробоя. Переключатель 1 (S1) и переключатель 2 (S2) используются для включения различных шагов измерения. Подробная последовательность операций этого метода, включая экспериментальную часть и часть анализа данных. Прежде всего, очень важно поддерживать плотность поверхностного заряда идентичной отраженной Q _{SC, max} , чтобы обеспечить согласованность измерений при различных x. Таким образом, на этапе 1 S1 был включен, а S2 выключен для измерения Q _{SC, max} ; если Q _{SC, не более}ниже ожидаемого значения, для приближения к нему проводится дополнительная трибоэлектрификация. Затем на шаге 2 для x было установлено определенное значение, и передача заряда при коротком замыкании Q _SC(x) при определенном x измеряли кулонометром Q1. На этапе 3 S1 был выключен, S2 был включен, а затем TENG2 был запущен для подачи высоковольтного выхода для TENG1. Заряд, текущий в TENG1, и напряжение на TENG1 измерялись одновременно, при этом заряд измерялся кулонометром Q2, а напряжение было получено путем умножения сопротивления R на протекающий через него ток, измеренный измерителем тока I, как подробно описано в разделе "Методы". Точки поворота, полученные в этом (Q, V), считались точками разрушения. А затем, если x <xmax, процесс повторялся, начиная с шага 1 с увеличенным x, до тех пор, пока x _maxудалось завершить экспериментальную измерительную часть. Для части анализа данных сначала рассчитывалась C (x) по наклону линейной части в измеряемой (Q, V), рассматривая ее как часть без пробоя. Затем первая точка поворота (Q _b (x), V _b (x)) была определена при значении варианта R2 путем линейной аппроксимации C (x), которая считалась точкой порогового пробоя. Наконец, для любого x∈ [0, x _max ] все (Q _b (x), V _b (x)) могут быть переведены в (Q _SC (x) - Q _b (x), V _b (x) ) в качестве точек поломки, нанесенных в цикле VQ для расчета E _em TENG.

Схема измерения пробоя

Процесс измерения пробоя

Пироэлектрический наногенератор [ править ]

Пироэлектрический nanogenerator является сбор энергии устройства преобразования внешней тепловой энергии в электрическую энергию с использованием наноструктурированных пироэлектрических материалов. Обычно сбор термоэлектрической энергии в основном зависит от эффекта Зеебека, который использует разницу температур между двумя концами устройства для управления диффузией носителей заряда. ^[53] Однако в среде, где температура пространственно однородна без градиента, например, на открытом воздухе, эффект Зеебека не может быть использован для сбора тепловой энергии от зависящего от времени колебания температуры. В этом случае следует выбирать пироэлектрический эффект, который связан со спонтанной поляризацией в определенных анизотропных твердых телах в результате флуктуации температуры. ^[54]Первый пироэлектрический наногенератор был представлен профессором Чжун Линь Вангом из Технологического института Джорджии в 2012 году. ^{[55] За} счет сбора отработанной тепловой энергии этот новый тип наногенератора имеет потенциальные области применения, такие как беспроводные датчики, формирование изображений температуры, медицинская диагностика и т. Д. и персональная электроника.

Механизм [ править ]

Механизм пироэлектрического наногенератора на основе композитной структуры пироэлектрических наноструктур. (Ac) Принципиальные схемы пироэлектрического наногенератора с отрицательными электрическими диполями в условиях комнатной температуры (a), нагрева (b) и охлаждения (c). Углы, отмеченные на диаграммах, представляют собой градусы, в которых диполь будет колебаться под действием статистических тепловых флуктуаций.

Принцип работы пироэлектрического наногенератора будет объяснен для двух различных случаев: первичный пироэлектрический эффект и вторичный пироэлектрический эффект.

Принцип работы для первого случая объясняется первичным пироэлектрическим эффектом, который описывает заряд, произведенный в бездеформационном случае. Первичный пироэлектрический эффект доминирует над пироэлектрическим откликом в PZT, BTO и некоторых других сегнетоэлектрических материалах. ^[56] Механизм основан на термически индуцированном случайном колебании электрического диполя вокруг его оси равновесия, величина которого увеличивается с увеличением температуры. ^[57]Из-за тепловых колебаний при комнатной температуре электрические диполи будут случайным образом колебаться в пределах одного градуса от своих соответствующих осей выравнивания. При фиксированной температуре общая средняя сила спонтанной поляризации электрических диполей постоянна, что приводит к отсутствию выхода пироэлектрического наногенератора. Если мы применим изменение температуры в наногенераторе с комнатной температуры на более высокую, повышение температуры приведет к тому, что электрические диполи будут колебаться с большей степенью разброса вокруг своих соответствующих осей выравнивания. Общая средняя спонтанная поляризация уменьшается из-за разброса углов колебаний. Таким образом, количество индуцированных зарядов в электродах уменьшается, что приводит к потоку электронов. Если наногенератор охлаждают, а не нагревают,спонтанная поляризация будет усилена, поскольку электрические диполи колеблются в пределах меньших углов распространения из-за более низкой тепловой активности. Общая величина поляризации увеличивается, а количество индуцированных зарядов в электродах увеличивается. Электроны будут течь в противоположном направлении.

Во втором случае полученный пироэлектрический отклик объясняется вторичным пироэлектрическим эффектом, который описывает заряд, создаваемый деформацией, вызванной тепловым расширением. Вторичный пироэлектрический эффект доминирует над пироэлектрическим откликом в ZnO, CdS и некоторых других материалах типа вюрцита. Термическая деформация может вызвать разность пьезоэлектрических потенциалов на материале, что может заставить электроны течь во внешней цепи. Мощность наногенератора связана с пьезоэлектрическим коэффициентом и термической деформацией материалов. Выходной ток I пироэлектрических наногенераторов можно определить по уравнению I = pA (dT / dt), где p - пироэлектрический коэффициент, A - эффективная площадь NG, dT / dt - скорость изменения температуры. .

Приложения [ править ]

Ожидается пироэлектрический наногенератор ^{[ кем? ]} для различных применений, где существуют зависящие от времени колебания температуры. Одно из возможных применений пироэлектрического наногенератора - использование в качестве активного датчика, который может работать без батареи. Один из примеров был представлен группой профессора Чжун Линь Вана в 2012 году с использованием пироэлектрического наногенератора в качестве датчика температуры с автономным питанием для обнаружения изменения температуры, где время отклика и время сброса датчика составляют около 0,9 и 3 с соответственно. . ^[58]Как правило, пироэлектрический наногенератор дает высокое выходное напряжение, но выходной ток небольшой. Его можно использовать не только как потенциальный источник питания, но и как активный датчик для измерения изменения температуры.

См. Также [ править ]

Аккумулятор (электричество)
Электрический генератор
Микроэлектромеханические системы
Микроэнергетика
Наноэлектромеханические системы
Smartdust
Умные носимые системы

Ссылки [ править ]

^ a b c d Ван, Чжун Линь (ноябрь 2019 г.). «О первопринципной теории наногенераторов из уравнений Максвелла». Нано Энергия . 68 : 104272. DOI : 10.1016 / j.nanoen.2019.104272 .
^ Максвелл, JC (1861). Философский журнал и Научный журнал . Лондон: Эдинбург и Дублин, Четвертая серия. п. 161.
^ Ван, Чжун Линь; Цзян, Дао; Сюй, Лян (сентябрь 2017 г.). «К мечте о голубой энергии с помощью сетей трибоэлектрических наногенераторов». Нано Энергия . 39 : 9–23. DOI : 10.1016 / j.nanoen.2017.06.035 .
^ a b Ван, Чжун Линь (март 2017 г.). «О токе смещения Максвелла для энергии и датчиков: происхождение наногенераторов» . Материалы сегодня . 20 (2): 74–82. DOI : 10.1016 / j.mattod.2016.12.001 .
^ Ван, ZL; Сонг, Дж. (Июнь 2006 г.). "Пьезоэлектрические наногенераторы на основе массивов нанопроволок оксида цинка" (PDF) . Наука . 312 (5771): 242–246. Bibcode : 2006Sci ... 312..242W . DOI : 10.1126 / science.1124005 . PMID 16614215 . S2CID 4810693 .
^ Ван, Чжун Линь; Ван, Сюйдун; Сун, Цзиньхуэй; Лю, Цзинь; Гао, Ифань (2008). "Пьезоэлектрические наногенераторы для автономных наноустройств" (PDF) . IEEE Pervasive Computing . 7 (1): 49–55. DOI : 10.1109 / mprv.2008.14 . hdl : 1853/25449 . S2CID 35544892 . Проверено 15 июня 2012 .
^ Ван, Сюйдун; Сун, Цзиньхуэй; Лю, Цзинь; Ван, Чжун Линь (2007). «Наногенератор постоянного тока, управляемый ультразвуковыми волнами» (PDF) . Наука . 316 (5821): 102–105. Bibcode : 2007Sci ... 316..102W . DOI : 10.1126 / science.1139366 . PMID 17412957 . S2CID 33172196 .
^ Choi, MY; Choi, D .; Джин, MJ; Kim, I .; Kim, SH; Чой, JY; Lee, SY; Ким, JM; Ким, SW (5 июня 2009 г.). "Прозрачные гибкие генерирующие заряд наноустройства с механическим приводом и пьезоэлектрическими наностержнями ZnO" (PDF) . Современные материалы . 21 (21): 2185–2189. DOI : 10.1002 / adma.200803605 . Архивировано из оригинального (PDF) 4 марта 2016 года.
^ Choi, D .; Чой, MY; Шин, HJ; Юн, СМ; Seo, JS; Чой, JY; Lee, SY; Ким, JM; Ким, SW (2010). "Наноразмерные сетевые одностенные электроды из углеродных нанотрубок для прозрачных гибких наногенераторов" (PDF) . Журнал физической химии C . 114 (2): 1379–1384. DOI : 10.1021 / jp909713c .
^ Сюй, Шэн; Цинь, Юн; Сюй, Чен; Вэй, Ягуан; Ян, Русен; Ван, Чжун Линь (2010). «Устройства на основе нанопроволоки с автономным питанием» (PDF) . Природа Нанотехнологии . 5 (5): 366–373. Bibcode : 2010NatNa ... 5..366X . DOI : 10.1038 / nnano.2010.46 . PMID 20348913 .
^ Momeni, K .; Одегард, GM; Яссар, RS (2010). «Нанокомпозитный электрогенератор на основе пьезоэлектрических нанопроволок оксида цинка» (PDF) . Журнал прикладной физики . 108 (11): 114303–114303–7. Bibcode : 2010JAP ... 108k4303M . DOI : 10.1063 / 1.3517095 .
^ Цинь, Юн; Ван, Сюйдун; Ван, Чжун Линь (14 февраля 2008 г.). «Гибридная структура микроволокна и нанопроволоки для поглощения энергии» (PDF) . Природа . 451 (7180): 809–813. Bibcode : 2008Natur.451..809Q . DOI : 10,1038 / природа06601 . PMID 18273015 . S2CID 4411796 .
- исправлено в Цинь, Юн; Ван, Сюйдун; Ван, Чжун Линь (15 января 2009 г.). «Гибридная структура микроволокна и нанопроволоки для поглощения энергии» . Природа . 457 (7227): 340. Bibcode : 2009Natur.457..340Q . DOI : 10,1038 / природа07628 .
^ а б Линь, Ю.-Ф .; Song, J .; Ding, Y .; Lu, S.-Y .; Ван, З.Л. (14 января 2008 г.). «Пьезоэлектрический наногенератор с использованием нанопроволок CdS» (PDF) . Письма по прикладной физике . 92 (2): 022105. Bibcode : 2008ApPhL..92b2105L . DOI : 10.1063 / 1.2831901 .
^ а б Хуан, Чи-Дэ; Сун, Цзиньхуэй; Ли, Вэй-Фань; Дин, Юн; Гао, Чжиюань; Хао, Юэ; Чен, Лих-Хуанн; Ван, Чжун Линь (7 апреля 2010 г.). "Массивы GaN на основе нанопроволоки для высокопроизводительных наногенераторов" (PDF) . Журнал Американского химического общества . 132 (13): 4766–4771. DOI : 10.1021 / ja909863a . PMID 20218713 .
^ Лу, депутат; Song, J .; Лу, МОЙ; Chen, MT; Gao, Y .; Чен, ЖЖ; Ван, З.Л. (март 2009 г.). "Пьезоэлектрический наногенератор, использующий массивы нанопроволоки ZnO p-типа" (PDF) . Нано-буквы . 9 (3): 1223–1227. Bibcode : 2009NanoL ... 9.1223L . DOI : 10.1021 / nl900115y . PMID 19209870 .
^ a b Wang, Z .; Hu, J .; Сурьяванши, AP; Yum, K .; Ю. М. Ф. (октябрь 2007 г.). «Генерация напряжения из отдельных нанопроволок BaTiO 3 при периодической растягивающей механической нагрузке» (PDF) . Нано-буквы . 7 (10): 2966–2969. Bibcode : 2007NanoL ... 7,2966 Вт . DOI : 10.1021 / nl070814e . PMID 17894515 . Архивировано из оригинального (PDF) 19 декабря 2012 года.
^ а б Чанг, Чие; Тран, Ван Х .; Ван, Цзюньбо; Фух, Иин-Куен; Линь Ливэй (10 февраля 2010 г.). "Пьезоэлектрический полимерный наногенератор с прямой записью и высокой эффективностью преобразования энергии" . Нано-буквы . 10 (2): 726–731. Bibcode : 2010NanoL..10..726C . DOI : 10.1021 / nl9040719 . PMID 20099876 .
^ Ganeshkumar, Rajasekaran; Сопиха Константин В; Ву, Пинг; Чеа, Чин Вэй; Чжао, Жун (30.08.2016). «Сегнетоэлектрические нановолокна KNbO3: синтез, характеристика и их применение в качестве наносенсоров влажности». Нанотехнологии . 27 (39): 395607. Bibcode : 2016Nanot..27M5607G . DOI : 10.1088 / 0957-4484 / 27/39/395607 . ISSN 0957-4484 . PMID 27573538 .
^ а б Ганешкумар, Раджасекаран; Чеа, Чин Вэй; Сюй, Руизе; Ким, Санг-Гук; Чжао, Жун (2017). «Гибкий пьезоэлектрический наногенератор высокого выходного напряжения с использованием пористых бессвинцовых нановолокон KNbO3». Письма по прикладной физике . 111 (1): 013905. Bibcode : 2017ApPhL.111a3905G . DOI : 10.1063 / 1.4992786 .
^ Сюй, Шию; Порье, Джеральд; Яо, Нан (2012-05-09). «Нанопроволока PMN-PT с очень высокой пьезоэлектрической постоянной». Нано-буквы . 12 (5): 2238–2242. Bibcode : 2012NanoL..12.2238X . DOI : 10.1021 / nl204334x . ISSN 1530-6984 . PMID 22494473 .
^ Сюй, Шию; Ага, Яо-вэнь; Порье, Джеральд; Макэлпайн, Майкл С.; Зарегистрируйтесь, Ричард А .; Яо, Нан (12.06.2013). «Гибкий пьезоэлектрический нанокомпозит и устройство на основе нанопроволоки PMN – PT» . Нано-буквы . 13 (6): 2393–2398. Bibcode : 2013NanoL..13.2393X . DOI : 10.1021 / nl400169t . ISSN 1530-6984 . PMID 23634729 . S2CID 5734138 .
^ Ву, Фань; Цай, Вэй; Ага, Яо-Вэнь; Сюй, Шию; Яо, Нан (2016-03-01). «Улавливание энергии на основе монокристаллического нанопояса PMN-PT» . Научные отчеты . 6 : 22513. Bibcode : 2016NatSR ... 622513W . DOI : 10.1038 / srep22513 . ISSN 2045-2322 . PMC 4772540 . PMID 26928788 .
^ Сюй, Чен; Ван, Сюйдун; Ван, Чжун Линь (29 апреля 2009 г.). «Гибридная ячейка с нанопроволочной структурой для одновременного поглощения солнечной и механической энергии» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 131 (16): 5866–5872. DOI : 10.1021 / ja810158x . PMID 19338339 . Архивировано 3 марта 2016 года из оригинального (PDF) .
^ Хансен, Бенджамин Дж .; Лю, Инь; Ян, Русен; Ван, Чжун Линь (27 июля 2010 г.). «Гибридный наногенератор для одновременного сбора биомеханической и биохимической энергии» (PDF) . САУ Нано . 4 (7): 3647–3652. CiteSeerX 10.1.1.600.6928 . DOI : 10.1021 / nn100845b . PMID 20507155 .
^ Ян, Р .; Qin, Y .; Li, C .; Zhu, G .; Ван, З.Л. (март 2009 г.). «Преобразование биомеханической энергии в электричество с помощью наногенератора, управляемого движением мышц» (PDF) . Нано-буквы . 9 (3): 1201–1205. Bibcode : 2009NanoL ... 9.1201Y . DOI : 10.1021 / nl803904b . PMID 19203203 .
^ Чой, Духхён; Чой, Мин-Ёль; Чой, Вон Мук; Шин, Хён-Джин; Пак, Хён-Гю; Со, Джу-Сок; Пак, Чонбонг; Юн, Сон-Ми; Чэ, Сын Джин; Ли, Ён Хи; Ким, Санг-Ву; Чой, Джэ Ён; Ли, Сан Юн; Ким, Чон Мин (18 мая 2010 г.). «Полностью раскатываемые прозрачные наногенераторы на основе графеновых электродов» . Современные материалы . 22 (19): 2187–2192. DOI : 10.1002 / adma.200903815 . PMID 20376853 . S2CID 31674433 .
^ Вентилятор, Франция; Тиан, ZQ; Линь Ван, З. (2012). «Гибкий трибоэлектрический генератор». Нано Энергия . 1 (2): 328–334. DOI : 10.1016 / j.nanoen.2012.01.004 .
^ а б Ван, З.Л. (2013). «Трибоэлектрические наногенераторы как новая энергетическая технология для автономных систем и как активные механические и химические датчики» . САУ Нано . 7 (11): 9533–9557. DOI : 10.1021 / nn404614z . PMID 24079963 . S2CID 4104990 .
↑ Сюн, Пу (25 сентября 2015 г.). «Эффективная зарядка литий-ионных аккумуляторов импульсным выходным током трибоэлектрических наногенераторов» . Передовая наука . 3 (1): 1500255. DOI : 10.1002 / advs.201500255 . PMC 5054865 . PMID 27774382 .
^ Pacha, Aswathi (2017-12-30). «Наногенераторы становятся беспроводными» . Индус . ISSN 0971-751X . Проверено 15 августа 2019 .
^ Маллинени, Сай Сунил Кумар; Донг, Юнчан; Беллоу, Герберт; Rao, Apparao M .; Подила, Рамакришна (2018). «Беспроводной трибоэлектрический наногенератор». Современные энергетические материалы . 8 (10): 1702736. arXiv : 1707.03677 . DOI : 10.1002 / aenm.201702736 . ISSN 1614-6840 . S2CID 115401318 .
^ Чжу, G .; Pan, C .; Guo, W .; Chen, CY; Zhou, Y .; Ю., Р .; Ван, З.Л. (2012). "Импульсное электроосаждение с трибоэлектрическим генератором для создания микротекстур". Нано-буквы . 12 (9): 4960–4965. Bibcode : 2012NanoL..12.4960Z . DOI : 10.1021 / nl302560k . PMID 22889363 .
^ Ван, S .; Lin, L .; Ван, З.Л. (2012). «Наноразмерное преобразование энергии с использованием трибоэлектрического эффекта для устойчивой работы портативной электроники». Нано-буквы . 12 (12): 6339–6346. Bibcode : 2012NanoL..12.6339W . CiteSeerX 10.1.1.653.8167 . DOI : 10.1021 / nl303573d . PMID 23130843 .
^ Ван, S .; Lin, L .; Xie, Y .; Jing, Q .; Niu, S .; Ван, З.Л. (2013). «Скользящие трибоэлектрические наногенераторы на основе механизма разделения заряда в плоскости». Нано-буквы . 13 (5): 2226–2233. Bibcode : 2013NanoL..13.2226W . CiteSeerX 10.1.1.653.7572 . DOI : 10.1021 / nl400738p . PMID 23581714 .
^ Чжу, G .; Chen, J .; Liu, Y .; Bai, P .; Чжоу, Ю.С.; Jing, Q .; Pan, C .; Ван, З.Л. (2013). «Трибоэлектрический генератор с линейной решеткой на основе скользящей электрификации» . Нано-буквы . 13 (5): 2282–2289. Bibcode : 2013NanoL..13.2282Z . DOI : 10.1021 / nl4008985 . PMID 23577639 . S2CID 23207686 .
^ Lin, L .; Wang, S .; Xie, Y .; Jing, Q .; Niu, S .; Hu, Y .; Ван, З.Л. (2013). «Дисковый трибоэлектрический наногенератор с сегментной структурой для сбора вращательной механической энергии». Нано-буквы . 13 (6): 2916–2923. Bibcode : 2013NanoL..13.2916L . CiteSeerX 10.1.1.653.6174 . DOI : 10.1021 / nl4013002 . PMID 23656350 .
^ Ян, Y .; Чжоу, Ю.С.; Zhang, H .; Liu, Y .; Lee, S .; Ван, З.Л. (2013). «Одноэлектродный трибоэлектрический наногенератор в качестве автономной системы слежения». Современные материалы . 25 (45): 6594–6601. DOI : 10.1002 / adma.201302453 . PMID 24166972 .
^ Ян, Y .; Zhang, H .; Chen, J .; Jing, Q .; Чжоу, Ю.С.; Wen, X .; Ван, З.Л. (2013). "Одноэлектродный скользящий трибоэлектрический наногенератор для автономной системы датчика вектора смещения" . САУ Нано . 7 (8): 7342–7351. DOI : 10.1021 / nn403021m . PMID 23883397 . S2CID 5535819 .
^ Ян, Вт .; Chen, J .; Zhu, G .; Wen, X .; Bai, P .; Вс, Ы .; Lin, Y .; Ван, З. (2013). «Сбор энергии вибрации трибоэлектрическим наногенератором на основе трехкантилевера». Нано-исследования . 6 (12): 880–886. DOI : 10.1007 / s12274-013-0364-0 . S2CID 16320893 .
^ Ян, Вт .; Chen, J .; Zhu, G .; Yang, J .; Bai, P .; Вс, Ы .; Jing, Q .; Cao, X .; Ван, З.Л. (2013). «Сбор энергии от естественной вибрации при ходьбе человека» . САУ Нано . 7 (12): 11317–11324. DOI : 10.1021 / nn405175z . PMID 24180642 . S2CID 207604785 .
^ Чен, Дж .; Zhu, G .; Yang, W .; Jing, Q .; Bai, P .; Ян, Й .; Хоу, ТС; Ван, З.Л. (2013). «Трибоэлектрический наногенератор на основе гармоник-резонаторов как устойчивый источник энергии и автономный активный датчик вибрации» . Современные материалы . 25 (42): 6094–6099. DOI : 10.1002 / adma.201302397 . PMID 23999798 . S2CID 7505331 .
↑ Sala de Medeiros, Марина; Чанси, Даниэла; Морено, Каролина; Госвами, Дебкалпа; Мартинес, Рамзес В. (25.07.2019). «Водонепроницаемый, дышащий и антибактериальный автономный электронный текстиль на основе омнифобных трибоэлектрических наногенераторов». Современные функциональные материалы . 29 (42): 1904350. DOI : 10.1002 / adfm.201904350 . ISSN 1616-301X .
^ Вентилятор, Франция; Lin, L .; Zhu, G .; Wu, W .; Zhang, R .; Ван, З.Л. (2012). «Прозрачные трибоэлектрические наногенераторы и автономные датчики давления на основе пластиковых пленок с микрорельефом». Нано-буквы . 12 (6): 3109–3114. Bibcode : 2012NanoL..12.3109F . CiteSeerX 10.1.1.454.4211 . DOI : 10.1021 / nl300988z . PMID 22577731 .
^ Тагави, Маджид; Маттоли, Вирджилио; Садеги, Али; Маццолай, Барбара; Беккаи, Лючия (1400024). «Новый мягкий металл-полимерный композит для сбора энергии под разнонаправленным давлением» . Современные энергетические материалы . 4 (12): 1400024. DOI : 10.1002 / aenm.201400024 . Проверить значения даты в: |date=( помощь )
^ Lin, L .; Xie, Y .; Wang, S .; Wu, W .; Niu, S .; Wen, X .; Ван, З.Л. (2013). «Трибоэлектрическая активная матрица датчиков для автономного статического и динамического обнаружения давления и тактильной визуализации» . САУ Нано . 7 (9): 8266–8274. DOI : 10.1021 / nn4037514 . PMID 23957827 . S2CID 29123522 .
^ Тагави, Маджид; Седеги, Али; Мондини, Алессио; Маццолай, Барбара; Беккаи, Лючия; Маттоли, Вирджилио (2015). «Трибоэлектрические интеллектуальные машинные элементы и энкодер с автономным питанием». Нано Энергия . 13 : 92–102. DOI : 10.1016 / j.nanoen.2015.02.011 .
^ Лин, ZH; Zhu, G .; Чжоу, Ю.С.; Ян, Й .; Bai, P .; Chen, J .; Ван, З.Л. (2013). "Автономный трибоэлектрический наносенсор для обнаружения ионов ртути". Angewandte Chemie . 125 (19): 5169–5173. DOI : 10.1002 / ange.201300437 . PMID 23568745 .
^ Цзы, Юньлун; Ниу, Симиао; Ван, Цзе; Вэнь, Чжэнь; Тан, Вэй; Ван, Чжун Линь (2015). «Стандарты и показатели качества для количественной оценки трибоэлектрических наногенераторов» . Nature Communications . 6: 8376: 8376. Bibcode : 2015NatCo ... 6.8376Z . DOI : 10.1038 / ncomms9376 . PMC 4598564 . PMID 26406279 .
^ а б Ся, Синь; Фу, Цзинцзин; Цзы, Юньлун (2019). «Универсальный стандартизированный метод оценки выходной мощности наногенераторов» . Nature Communications . 10: 4428 (1): 4428. Bibcode : 2019NatCo..10.4428X . DOI : 10.1038 / s41467-019-12465-2 . PMC 6765008 . PMID 31562336 .
^ Цзы, Юньлун; У, Чаншэн; Дин, Венбо; Ван, Чжун Линь (2017). «Максимально эффективный выход энергии трибоэлектрических наногенераторов с контактным разделением, ограниченный пробоем воздуха» . Современные функциональные материалы . 27 (24): 1700049. DOI : 10.1002 / adfm.201700049 . S2CID 136238915 .
^ Сюй, Гоцян; Ли, Сяои; Ся, Синь; Фу, Цзинцзин; Дин, Венбо; Цзы, Юньлун (2019). «О силе и преобразовании энергии в трибоэлектрических наногенераторах». Нано Энергия . 59 : 154–161. DOI : 10.1016 / j.nanoen.2019.02.035 .
^ Ню, Симиао; Ван, Чжун Линь (2015). «Теоретические системы трибоэлектрических наногенераторов» . Нано Энергия . 14 : 161–191. DOI : 10.1016 / j.nanoen.2014.11.034 .
^ Ян, Y .; Pradel, KC; Jing, Q .; Wu, JM; Zhang, F .; Zhou, Y .; Zhang, Y .; Ван, З.Л. (2012). «Термоэлектрические наногенераторы на основе одинарных микро / нанолент ZnO, легированных сурьмой» . САУ Нано . 6 (8): 6984–6989. DOI : 10.1021 / nn302481p . PMID 22742540 . S2CID 28899637 .
^ Zook, JD; Лю, СТ (1978). «Пироэлектрические эффекты в тонкой пленке». Журнал прикладной физики . 49 (8): 4604. Bibcode : 1978JAP .... 49.4604Z . DOI : 10.1063 / 1.325442 .
^ Ян, Y .; Guo, W .; Pradel, KC; Zhu, G .; Zhou, Y .; Zhang, Y .; Hu, Y .; Lin, L .; Ван, З.Л. (2012). «Пироэлектрические наногенераторы для сбора термоэлектрической энергии». Нано-буквы . 12 (6): 2833–2838. Bibcode : 2012NanoL..12.2833Y . CiteSeerX 10.1.1.654.3691 . DOI : 10.1021 / nl3003039 . PMID 22545631 .
^ Ye, CP; Tamagawa, T .; Polla, DL (1991). «Экспериментальные исследования первичных и вторичных пироэлектрических эффектов в тонких пленках Pb (ZrO _x Ti _{1 − x} ) O ₃ , PbTiO ₃ и ZnO». Журнал прикладной физики . 70 (10): 5538. Bibcode : 1991JAP .... 70.5538Y . DOI : 10.1063 / 1.350212 .
^ Ян, Y .; Юнг, JH; Юн, Б.К .; Zhang, F .; Pradel, KC; Guo, W .; Ван, З.Л. (2012). «Гибкие пироэлектрические наногенераторы на основе композитной структуры бессвинцовых нанопроволок KNbO3» . Современные материалы . 24 (39): 5357–5362. DOI : 10.1002 / adma.201201414 . PMID 22837044 . S2CID 205245776 .
^ Ян, Y .; Zhou, Y .; Wu, JM; Ван, З.Л. (2012). "Пироэлектрические наногенераторы с одиночными микро / нанопроволочными элементами в качестве автономных датчиков температуры" . САУ Нано . 6 (9): 8456–8461. DOI : 10.1021 / nn303414u . PMID 22900676 . S2CID 6502534 .

Внешние ссылки [ править ]

Исследовательская группа профессора З.Л. Ванга в Технологическом институте Джорджии
Лаборатория наноэлектроники и инженерии (NESEL) в Университете Сунгюнкван (SKKU)
Лаборатория наномасштабной механики и физики Иллинойского университета, Урбана-Шампейн
LINLAB в Калифорнийском университете в Беркли
Передовой технологический институт Samsung

[:0-1] Ван, Чжун Линь (ноябрь 2019 г.). «О первопринципной теории наногенераторов из уравнений Максвелла». Нано Энергия . 68 : 104272. DOI : 10.1016 / j.nanoen.2019.104272 .

[2] Максвелл, JC (1861). Философский журнал и Научный журнал . Лондон: Эдинбург и Дублин, Четвертая серия. п. 161.

[:1-3] Ван, Чжун Линь; Цзян, Дао; Сюй, Лян (сентябрь 2017 г.). «К мечте о голубой энергии с помощью сетей трибоэлектрических наногенераторов». Нано Энергия . 39 : 9–23. DOI : 10.1016 / j.nanoen.2017.06.035 .

[:2-4] Ван, Чжун Линь (март 2017 г.). «О токе смещения Максвелла для энергии и датчиков: происхождение наногенераторов» . Материалы сегодня . 20 (2): 74–82. DOI : 10.1016 / j.mattod.2016.12.001 .

[5] Ван, ZL; Сонг, Дж. (Июнь 2006 г.). "Пьезоэлектрические наногенераторы на основе массивов нанопроволок оксида цинка" (PDF) . Наука . 312 (5771): 242–246. Bibcode : 2006Sci ... 312..242W . DOI : 10.1126 / science.1124005 . PMID 16614215 . S2CID 4810693 .

[6] Ван, Чжун Линь; Ван, Сюйдун; Сун, Цзиньхуэй; Лю, Цзинь; Гао, Ифань (2008). "Пьезоэлектрические наногенераторы для автономных наноустройств" (PDF) . IEEE Pervasive Computing . 7 (1): 49–55. DOI : 10.1109 / mprv.2008.14 . hdl : 1853/25449 . S2CID 35544892 . Проверено 15 июня 2012 .

[7] Ван, Сюйдун; Сун, Цзиньхуэй; Лю, Цзинь; Ван, Чжун Линь (2007). «Наногенератор постоянного тока, управляемый ультразвуковыми волнами» (PDF) . Наука . 316 (5821): 102–105. Bibcode : 2007Sci ... 316..102W . DOI : 10.1126 / science.1139366 . PMID 17412957 . S2CID 33172196 .

[8] Choi, MY; Choi, D .; Джин, MJ; Kim, I .; Kim, SH; Чой, JY; Lee, SY; Ким, JM; Ким, SW (5 июня 2009 г.). "Прозрачные гибкие генерирующие заряд наноустройства с механическим приводом и пьезоэлектрическими наностержнями ZnO" (PDF) . Современные материалы . 21 (21): 2185–2189. DOI : 10.1002 / adma.200803605 . Архивировано из оригинального (PDF) 4 марта 2016 года.

[9] Choi, D .; Чой, MY; Шин, HJ; Юн, СМ; Seo, JS; Чой, JY; Lee, SY; Ким, JM; Ким, SW (2010). "Наноразмерные сетевые одностенные электроды из углеродных нанотрубок для прозрачных гибких наногенераторов" (PDF) . Журнал физической химии C . 114 (2): 1379–1384. DOI : 10.1021 / jp909713c .

[10] Сюй, Шэн; Цинь, Юн; Сюй, Чен; Вэй, Ягуан; Ян, Русен; Ван, Чжун Линь (2010). «Устройства на основе нанопроволоки с автономным питанием» (PDF) . Природа Нанотехнологии . 5 (5): 366–373. Bibcode : 2010NatNa ... 5..366X . DOI : 10.1038 / nnano.2010.46 . PMID 20348913 .

[11] Momeni, K .; Одегард, GM; Яссар, RS (2010). «Нанокомпозитный электрогенератор на основе пьезоэлектрических нанопроволок оксида цинка» (PDF) . Журнал прикладной физики . 108 (11): 114303–114303–7. Bibcode : 2010JAP ... 108k4303M . DOI : 10.1063 / 1.3517095 .

[12] Цинь, Юн; Ван, Сюйдун; Ван, Чжун Линь (14 февраля 2008 г.). «Гибридная структура микроволокна и нанопроволоки для поглощения энергии» (PDF) . Природа . 451 (7180): 809–813. Bibcode : 2008Natur.451..809Q . DOI : 10,1038 / природа06601 . PMID 18273015 . S2CID 4411796 .
исправлено в Цинь, Юн; Ван, Сюйдун; Ван, Чжун Линь (15 января 2009 г.). «Гибридная структура микроволокна и нанопроволоки для поглощения энергии» . Природа . 457 (7227): 340. Bibcode : 2009Natur.457..340Q . DOI : 10,1038 / природа07628 .

[13] исправлено в Цинь, Юн; Ван, Сюйдун; Ван, Чжун Линь (15 января 2009 г.). «Гибридная структура микроволокна и нанопроволоки для поглощения энергии» . Природа . 457 (7227): 340. Bibcode : 2009Natur.457..340Q . DOI : 10,1038 / природа07628 .

[CdS-13] а б Линь, Ю.-Ф .; Song, J .; Ding, Y .; Lu, S.-Y .; Ван, З.Л. (14 января 2008 г.). «Пьезоэлектрический наногенератор с использованием нанопроволок CdS» (PDF) . Письма по прикладной физике . 92 (2): 022105. Bibcode : 2008ApPhL..92b2105L . DOI : 10.1063 / 1.2831901 .

[GaN-14] а б Хуан, Чи-Дэ; Сун, Цзиньхуэй; Ли, Вэй-Фань; Дин, Юн; Гао, Чжиюань; Хао, Юэ; Чен, Лих-Хуанн; Ван, Чжун Линь (7 апреля 2010 г.). "Массивы GaN на основе нанопроволоки для высокопроизводительных наногенераторов" (PDF) . Журнал Американского химического общества . 132 (13): 4766–4771. DOI : 10.1021 / ja909863a . PMID 20218713 .

[15] Лу, депутат; Song, J .; Лу, МОЙ; Chen, MT; Gao, Y .; Чен, ЖЖ; Ван, З.Л. (март 2009 г.). "Пьезоэлектрический наногенератор, использующий массивы нанопроволоки ZnO p-типа" (PDF) . Нано-буквы . 9 (3): 1223–1227. Bibcode : 2009NanoL ... 9.1223L . DOI : 10.1021 / nl900115y . PMID 19209870 .

[BaTiO3-16] Wang, Z .; Hu, J .; Сурьяванши, AP; Yum, K .; Ю. М. Ф. (октябрь 2007 г.). «Генерация напряжения из отдельных нанопроволок BaTiO 3 при периодической растягивающей механической нагрузке» (PDF) . Нано-буквы . 7 (10): 2966–2969. Bibcode : 2007NanoL ... 7,2966 Вт . DOI : 10.1021 / nl070814e . PMID 17894515 . Архивировано из оригинального (PDF) 19 декабря 2012 года.

[PVDF-17] а б Чанг, Чие; Тран, Ван Х .; Ван, Цзюньбо; Фух, Иин-Куен; Линь Ливэй (10 февраля 2010 г.). "Пьезоэлектрический полимерный наногенератор с прямой записью и высокой эффективностью преобразования энергии" . Нано-буквы . 10 (2): 726–731. Bibcode : 2010NanoL..10..726C . DOI : 10.1021 / nl9040719 . PMID 20099876 .

[18] Ganeshkumar, Rajasekaran; Сопиха Константин В; Ву, Пинг; Чеа, Чин Вэй; Чжао, Жун (30.08.2016). «Сегнетоэлектрические нановолокна KNbO3: синтез, характеристика и их применение в качестве наносенсоров влажности». Нанотехнологии . 27 (39): 395607. Bibcode : 2016Nanot..27M5607G . DOI : 10.1088 / 0957-4484 / 27/39/395607 . ISSN 0957-4484 . PMID 27573538 .

[ReferenceA-19] а б Ганешкумар, Раджасекаран; Чеа, Чин Вэй; Сюй, Руизе; Ким, Санг-Гук; Чжао, Жун (2017). «Гибкий пьезоэлектрический наногенератор высокого выходного напряжения с использованием пористых бессвинцовых нановолокон KNbO3». Письма по прикладной физике . 111 (1): 013905. Bibcode : 2017ApPhL.111a3905G . DOI : 10.1063 / 1.4992786 .

[20] Сюй, Шию; Порье, Джеральд; Яо, Нан (2012-05-09). «Нанопроволока PMN-PT с очень высокой пьезоэлектрической постоянной». Нано-буквы . 12 (5): 2238–2242. Bibcode : 2012NanoL..12.2238X . DOI : 10.1021 / nl204334x . ISSN 1530-6984 . PMID 22494473 .

[21] Сюй, Шию; Ага, Яо-вэнь; Порье, Джеральд; Макэлпайн, Майкл С.; Зарегистрируйтесь, Ричард А .; Яо, Нан (12.06.2013). «Гибкий пьезоэлектрический нанокомпозит и устройство на основе нанопроволоки PMN – PT» . Нано-буквы . 13 (6): 2393–2398. Bibcode : 2013NanoL..13.2393X . DOI : 10.1021 / nl400169t . ISSN 1530-6984 . PMID 23634729 . S2CID 5734138 .

[22] Ву, Фань; Цай, Вэй; Ага, Яо-Вэнь; Сюй, Шию; Яо, Нан (2016-03-01). «Улавливание энергии на основе монокристаллического нанопояса PMN-PT» . Научные отчеты . 6 : 22513. Bibcode : 2016NatSR ... 622513W . DOI : 10.1038 / srep22513 . ISSN 2045-2322 . PMC 4772540 . PMID 26928788 .

[23] Сюй, Чен; Ван, Сюйдун; Ван, Чжун Линь (29 апреля 2009 г.). «Гибридная ячейка с нанопроволочной структурой для одновременного поглощения солнечной и механической энергии» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 131 (16): 5866–5872. DOI : 10.1021 / ja810158x . PMID 19338339 . Архивировано 3 марта 2016 года из оригинального (PDF) .

[24] Хансен, Бенджамин Дж .; Лю, Инь; Ян, Русен; Ван, Чжун Линь (27 июля 2010 г.). «Гибридный наногенератор для одновременного сбора биомеханической и биохимической энергии» (PDF) . САУ Нано . 4 (7): 3647–3652. CiteSeerX 10.1.1.600.6928 . DOI : 10.1021 / nn100845b . PMID 20507155 .

[25] Ян, Р .; Qin, Y .; Li, C .; Zhu, G .; Ван, З.Л. (март 2009 г.). «Преобразование биомеханической энергии в электричество с помощью наногенератора, управляемого движением мышц» (PDF) . Нано-буквы . 9 (3): 1201–1205. Bibcode : 2009NanoL ... 9.1201Y . DOI : 10.1021 / nl803904b . PMID 19203203 .

[26] Чой, Духхён; Чой, Мин-Ёль; Чой, Вон Мук; Шин, Хён-Джин; Пак, Хён-Гю; Со, Джу-Сок; Пак, Чонбонг; Юн, Сон-Ми; Чэ, Сын Джин; Ли, Ён Хи; Ким, Санг-Ву; Чой, Джэ Ён; Ли, Сан Юн; Ким, Чон Мин (18 мая 2010 г.). «Полностью раскатываемые прозрачные наногенераторы на основе графеновых электродов» . Современные материалы . 22 (19): 2187–2192. DOI : 10.1002 / adma.200903815 . PMID 20376853 . S2CID 31674433 .

[Fan2012-27] Вентилятор, Франция; Тиан, ZQ; Линь Ван, З. (2012). «Гибкий трибоэлектрический генератор». Нано Энергия . 1 (2): 328–334. DOI : 10.1016 / j.nanoen.2012.01.004 .

[wang2013-28] а б Ван, З.Л. (2013). «Трибоэлектрические наногенераторы как новая энергетическая технология для автономных систем и как активные механические и химические датчики» . САУ Нано . 7 (11): 9533–9557. DOI : 10.1021 / nn404614z . PMID 24079963 . S2CID 4104990 .

[xiong2015-29] Сюн, Пу (25 сентября 2015 г.). «Эффективная зарядка литий-ионных аккумуляторов импульсным выходным током трибоэлектрических наногенераторов» . Передовая наука . 3 (1): 1500255. DOI : 10.1002 / advs.201500255 . PMC 5054865 . PMID 27774382 .

[30] Pacha, Aswathi (2017-12-30). «Наногенераторы становятся беспроводными» . Индус . ISSN 0971-751X . Проверено 15 августа 2019 .

[31] Маллинени, Сай Сунил Кумар; Донг, Юнчан; Беллоу, Герберт; Rao, Apparao M .; Подила, Рамакришна (2018). «Беспроводной трибоэлектрический наногенератор». Современные энергетические материалы . 8 (10): 1702736. arXiv : 1707.03677 . DOI : 10.1002 / aenm.201702736 . ISSN 1614-6840 . S2CID 115401318 .

[32] Чжу, G .; Pan, C .; Guo, W .; Chen, CY; Zhou, Y .; Ю., Р .; Ван, З.Л. (2012). "Импульсное электроосаждение с трибоэлектрическим генератором для создания микротекстур". Нано-буквы . 12 (9): 4960–4965. Bibcode : 2012NanoL..12.4960Z . DOI : 10.1021 / nl302560k . PMID 22889363 .

[33] Ван, S .; Lin, L .; Ван, З.Л. (2012). «Наноразмерное преобразование энергии с использованием трибоэлектрического эффекта для устойчивой работы портативной электроники». Нано-буквы . 12 (12): 6339–6346. Bibcode : 2012NanoL..12.6339W . CiteSeerX 10.1.1.653.8167 . DOI : 10.1021 / nl303573d . PMID 23130843 .

[34] Ван, S .; Lin, L .; Xie, Y .; Jing, Q .; Niu, S .; Ван, З.Л. (2013). «Скользящие трибоэлектрические наногенераторы на основе механизма разделения заряда в плоскости». Нано-буквы . 13 (5): 2226–2233. Bibcode : 2013NanoL..13.2226W . CiteSeerX 10.1.1.653.7572 . DOI : 10.1021 / nl400738p . PMID 23581714 .

[35] Чжу, G .; Chen, J .; Liu, Y .; Bai, P .; Чжоу, Ю.С.; Jing, Q .; Pan, C .; Ван, З.Л. (2013). «Трибоэлектрический генератор с линейной решеткой на основе скользящей электрификации» . Нано-буквы . 13 (5): 2282–2289. Bibcode : 2013NanoL..13.2282Z . DOI : 10.1021 / nl4008985 . PMID 23577639 . S2CID 23207686 .

[36] Lin, L .; Wang, S .; Xie, Y .; Jing, Q .; Niu, S .; Hu, Y .; Ван, З.Л. (2013). «Дисковый трибоэлектрический наногенератор с сегментной структурой для сбора вращательной механической энергии». Нано-буквы . 13 (6): 2916–2923. Bibcode : 2013NanoL..13.2916L . CiteSeerX 10.1.1.653.6174 . DOI : 10.1021 / nl4013002 . PMID 23656350 .

[37] Ян, Y .; Чжоу, Ю.С.; Zhang, H .; Liu, Y .; Lee, S .; Ван, З.Л. (2013). «Одноэлектродный трибоэлектрический наногенератор в качестве автономной системы слежения». Современные материалы . 25 (45): 6594–6601. DOI : 10.1002 / adma.201302453 . PMID 24166972 .

[38] Ян, Y .; Zhang, H .; Chen, J .; Jing, Q .; Чжоу, Ю.С.; Wen, X .; Ван, З.Л. (2013). "Одноэлектродный скользящий трибоэлектрический наногенератор для автономной системы датчика вектора смещения" . САУ Нано . 7 (8): 7342–7351. DOI : 10.1021 / nn403021m . PMID 23883397 . S2CID 5535819 .

[39] Ян, Вт .; Chen, J .; Zhu, G .; Wen, X .; Bai, P .; Вс, Ы .; Lin, Y .; Ван, З. (2013). «Сбор энергии вибрации трибоэлектрическим наногенератором на основе трехкантилевера». Нано-исследования . 6 (12): 880–886. DOI : 10.1007 / s12274-013-0364-0 . S2CID 16320893 .

[40] Ян, Вт .; Chen, J .; Zhu, G .; Yang, J .; Bai, P .; Вс, Ы .; Jing, Q .; Cao, X .; Ван, З.Л. (2013). «Сбор энергии от естественной вибрации при ходьбе человека» . САУ Нано . 7 (12): 11317–11324. DOI : 10.1021 / nn405175z . PMID 24180642 . S2CID 207604785 .

[41] Чен, Дж .; Zhu, G .; Yang, W .; Jing, Q .; Bai, P .; Ян, Й .; Хоу, ТС; Ван, З.Л. (2013). «Трибоэлектрический наногенератор на основе гармоник-резонаторов как устойчивый источник энергии и автономный активный датчик вибрации» . Современные материалы . 25 (42): 6094–6099. DOI : 10.1002 / adma.201302397 . PMID 23999798 . S2CID 7505331 .

[42] Sala de Medeiros, Марина; Чанси, Даниэла; Морено, Каролина; Госвами, Дебкалпа; Мартинес, Рамзес В. (25.07.2019). «Водонепроницаемый, дышащий и антибактериальный автономный электронный текстиль на основе омнифобных трибоэлектрических наногенераторов». Современные функциональные материалы . 29 (42): 1904350. DOI : 10.1002 / adfm.201904350 . ISSN 1616-301X .

[43] Вентилятор, Франция; Lin, L .; Zhu, G .; Wu, W .; Zhang, R .; Ван, З.Л. (2012). «Прозрачные трибоэлектрические наногенераторы и автономные датчики давления на основе пластиковых пленок с микрорельефом». Нано-буквы . 12 (6): 3109–3114. Bibcode : 2012NanoL..12.3109F . CiteSeerX 10.1.1.454.4211 . DOI : 10.1021 / nl300988z . PMID 22577731 .

[44] Тагави, Маджид; Маттоли, Вирджилио; Садеги, Али; Маццолай, Барбара; Беккаи, Лючия (1400024). «Новый мягкий металл-полимерный композит для сбора энергии под разнонаправленным давлением» . Современные энергетические материалы . 4 (12): 1400024. DOI : 10.1002 / aenm.201400024 . Проверить значения даты в: |date=( помощь )

[45] Lin, L .; Xie, Y .; Wang, S .; Wu, W .; Niu, S .; Wen, X .; Ван, З.Л. (2013). «Трибоэлектрическая активная матрица датчиков для автономного статического и динамического обнаружения давления и тактильной визуализации» . САУ Нано . 7 (9): 8266–8274. DOI : 10.1021 / nn4037514 . PMID 23957827 . S2CID 29123522 .

[46] Тагави, Маджид; Седеги, Али; Мондини, Алессио; Маццолай, Барбара; Беккаи, Лючия; Маттоли, Вирджилио (2015). «Трибоэлектрические интеллектуальные машинные элементы и энкодер с автономным питанием». Нано Энергия . 13 : 92–102. DOI : 10.1016 / j.nanoen.2015.02.011 .

[47] Лин, ZH; Zhu, G .; Чжоу, Ю.С.; Ян, Й .; Bai, P .; Chen, J .; Ван, З.Л. (2013). "Автономный трибоэлектрический наносенсор для обнаружения ионов ртути". Angewandte Chemie . 125 (19): 5169–5173. DOI : 10.1002 / ange.201300437 . PMID 23568745 .

[48] Цзы, Юньлун; Ниу, Симиао; Ван, Цзе; Вэнь, Чжэнь; Тан, Вэй; Ван, Чжун Линь (2015). «Стандарты и показатели качества для количественной оценки трибоэлектрических наногенераторов» . Nature Communications . 6: 8376: 8376. Bibcode : 2015NatCo ... 6.8376Z . DOI : 10.1038 / ncomms9376 . PMC 4598564 . PMID 26406279 .

[A_Universal_Standardized_Method_for-49] а б Ся, Синь; Фу, Цзинцзин; Цзы, Юньлун (2019). «Универсальный стандартизированный метод оценки выходной мощности наногенераторов» . Nature Communications . 10: 4428 (1): 4428. Bibcode : 2019NatCo..10.4428X . DOI : 10.1038 / s41467-019-12465-2 . PMC 6765008 . PMID 31562336 .

[50] Цзы, Юньлун; У, Чаншэн; Дин, Венбо; Ван, Чжун Линь (2017). «Максимально эффективный выход энергии трибоэлектрических наногенераторов с контактным разделением, ограниченный пробоем воздуха» . Современные функциональные материалы . 27 (24): 1700049. DOI : 10.1002 / adfm.201700049 . S2CID 136238915 .

[51] Сюй, Гоцян; Ли, Сяои; Ся, Синь; Фу, Цзинцзин; Дин, Венбо; Цзы, Юньлун (2019). «О силе и преобразовании энергии в трибоэлектрических наногенераторах». Нано Энергия . 59 : 154–161. DOI : 10.1016 / j.nanoen.2019.02.035 .

[52] Ню, Симиао; Ван, Чжун Линь (2015). «Теоретические системы трибоэлектрических наногенераторов» . Нано Энергия . 14 : 161–191. DOI : 10.1016 / j.nanoen.2014.11.034 .

[53] Ян, Y .; Pradel, KC; Jing, Q .; Wu, JM; Zhang, F .; Zhou, Y .; Zhang, Y .; Ван, З.Л. (2012). «Термоэлектрические наногенераторы на основе одинарных микро / нанолент ZnO, легированных сурьмой» . САУ Нано . 6 (8): 6984–6989. DOI : 10.1021 / nn302481p . PMID 22742540 . S2CID 28899637 .

[54] Zook, JD; Лю, СТ (1978). «Пироэлектрические эффекты в тонкой пленке». Журнал прикладной физики . 49 (8): 4604. Bibcode : 1978JAP .... 49.4604Z . DOI : 10.1063 / 1.325442 .

[55] Ян, Y .; Guo, W .; Pradel, KC; Zhu, G .; Zhou, Y .; Zhang, Y .; Hu, Y .; Lin, L .; Ван, З.Л. (2012). «Пироэлектрические наногенераторы для сбора термоэлектрической энергии». Нано-буквы . 12 (6): 2833–2838. Bibcode : 2012NanoL..12.2833Y . CiteSeerX 10.1.1.654.3691 . DOI : 10.1021 / nl3003039 . PMID 22545631 .

[56] Ye, CP; Tamagawa, T .; Polla, DL (1991). «Экспериментальные исследования первичных и вторичных пироэлектрических эффектов в тонких пленках Pb (ZrO _x Ti _{1 − x} ) O ₃ , PbTiO ₃ и ZnO». Журнал прикладной физики . 70 (10): 5538. Bibcode : 1991JAP .... 70.5538Y . DOI : 10.1063 / 1.350212 .

[57] Ян, Y .; Юнг, JH; Юн, Б.К .; Zhang, F .; Pradel, KC; Guo, W .; Ван, З.Л. (2012). «Гибкие пироэлектрические наногенераторы на основе композитной структуры бессвинцовых нанопроволок KNbO3» . Современные материалы . 24 (39): 5357–5362. DOI : 10.1002 / adma.201201414 . PMID 22837044 . S2CID 205245776 .

[58] Ян, Y .; Zhou, Y .; Wu, JM; Ван, З.Л. (2012). "Пироэлектрические наногенераторы с одиночными микро / нанопроволочными элементами в качестве автономных датчиков температуры" . САУ Нано . 6 (9): 8456–8461. DOI : 10.1021 / nn303414u . PMID 22900676 . S2CID 6502534 .

[1]

Наногенератор

Теория наногенераторов из уравнений Максвелла [ править ]

Общая теория поляризации P s [ править ]

Текущее уравнение переноса для наногенераторов [ править ]

Технологические прогнозы на основе вытесняющего тока Максвелла [ править ]

Пьезоэлектрический наногенератор [ править ]

Механизм [ править ]

Геометрическая конфигурация [ править ]

Материалы [ править ]

Приложения [ править ]

Трибоэлектрический наногенератор [ править ]

Обзор [ править ]

Основные режимы и механизмы [ править ]

Приложения [ править ]

Выбор материалов и структур поверхности [ править ]

Стандарты и добродетели [ править ]

Стандартизированный метод оценки выходной мощности [ править ]

Пироэлектрический наногенератор [ править ]

Механизм [ править ]

Приложения [ править ]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Общая теория поляризации P _s[ править ]