半导体

我国首次利用摩擦效应实现高效能声波发电

作者:电子信息产业网来源:中国科学报发布时间:2014-02-19 14:36我要评论

近日,在中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士的领导下,由博士杨进、陈俊等组成的研究小组首次实现了利用摩擦效应的高效能声音发电。相关研究日前发表于《ACS纳米》。

声波无处不在,若能将声能加以收集并利用,将能够获得一种崭新的、可持续的能量源。然而,目前用于收集声能的压电和静电效应技术,存在能量转换效率低、结构复杂和对材料品质要求高等缺点,并且大多数器件的工作频率较高,而日常生活中使用的声源则主要包括低频成分,从而使得现有技术和器件未得到真正应用。

为此,研究人员将镀有金属电极的聚四氟乙烯膜(Teflon)和具有孔洞结构的金属电极膜贴合在一起,构成摩擦电纳米发电机,然后将其用于声转换敏感单元。

研究人员介绍,聚四氟乙烯膜轻薄且具有弹性,能够在实现对环境声压变化敏感响应的同时,与金属电极膜产生不同程度的分离与接触摩擦,造成表面摩擦电荷与感应电荷之间的平衡关系发生变化,从而驱动电子通过外电路发生转移,即形成电流,实现从声能到电能的转化。

实验结果表明,当声压在70~110分贝范围时,器件声响应灵敏度达9.54伏/帕,峰值功率密度为60.2毫瓦/平方米,声电转换效率大于50%%。声音驱动的摩擦电纳米发电机可以同时点亮20个LED灯。

业内专家认为,该研究结果在环境声能量高效采集、噪声抑制以及声传感探测(如航空动力声传感、军事侦察以及个人电子设备)等领域有广泛的应用前景。整个器件的制造工艺无须昂贵原材料和先进制造设备,有利于大规模工业生产和实际应用,且整个器件以柔性聚合物膜为基本结构,易加工;器件的使用寿命长,易与其他加工工艺相融合。


责任编辑:陈曦
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