近年來(lái)海洋生態(tài)環(huán)境傳感器逐步向小型化、智能化的方向發(fā)展，這對(duì)整個(gè)傳感系統(tǒng)的能源補(bǔ)給、材料、通訊等方面提出了巨大挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)外開展了面向海洋生態(tài)環(huán)境傳感器的新能源技術(shù)研究，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、溫差能和波浪能。相比于太陽(yáng)能、風(fēng)能和溫差能，波浪蘊(yùn)藏著巨大能量，并且具有更大的時(shí)間和空間適用范圍。但由于波浪的運(yùn)動(dòng)是多向往復(fù)性運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)隨機(jī)性的特征導(dǎo)致捕獲的能流不穩(wěn)定，難以設(shè)計(jì)合適的波浪能發(fā)電裝置的各級(jí)能量轉(zhuǎn)換裝置。新型、簡(jiǎn)易、可持續(xù)的海浪能量收集系統(tǒng)的研制和開發(fā)逐漸成為了科技界關(guān)注的焦點(diǎn)。

近日，中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所朱光研究團(tuán)隊(duì)提出了基于固/液界面摩擦起電和二維陣列電極發(fā)電集成的柔性隨機(jī)波浪摩擦納米發(fā)電機(jī)，高效率地收集轉(zhuǎn)換波浪能并用于驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感電路定時(shí)發(fā)射無(wú)線信號(hào)。該工作利用二維陣列電極整流芯片集成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將二維多方向運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)波浪機(jī)械能收集轉(zhuǎn)換為電能輸出，在多種隨機(jī)波浪情況下均能高效率地收集和轉(zhuǎn)換波浪機(jī)械能。其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：同種隨機(jī)波浪條件下，柔性摩擦納米發(fā)電機(jī)發(fā)電輸出隨著二維陣列電極的陣列數(shù)的增加而增加；具有較高陣列數(shù)的摩擦納米發(fā)電機(jī)在多種隨機(jī)波浪條件下均可獲得較高發(fā)電輸出。實(shí)驗(yàn)室條件下，有效面積為10cm*7cm 的柔性二維陣列集成摩擦納米發(fā)電機(jī)發(fā)電輸出驅(qū)動(dòng)無(wú)線信號(hào)發(fā)射電路板發(fā)射無(wú)線信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)53秒定時(shí)發(fā)射一次無(wú)線信號(hào)，基本滿足海洋監(jiān)測(cè)的大范圍、近實(shí)時(shí)、全天候的監(jiān)測(cè)能源需求。該研究提出的柔性摩擦納米發(fā)電機(jī)收集波浪能驅(qū)動(dòng)海洋無(wú)線傳感信號(hào)發(fā)射，具有質(zhì)量輕、成本低、環(huán)保節(jié)能和便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)洋長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人監(jiān)護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的供電問題和海洋遠(yuǎn)程自供能無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了新的供能方案，具有重要的研究和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的ACS Nano上(DOI: 10.1021/acsnano.7b08716)。

固液接觸摩擦納米發(fā)電機(jī)收集波浪能驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感信號(hào)發(fā)射研究獲進(jìn)展