近日，在中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士的領(lǐng)導(dǎo)下，由博士楊進(jìn)、陳俊等組成的研究小組首次實(shí)現(xiàn)了利用摩擦效應(yīng)的高效能聲音發(fā)電。相關(guān)研究日前發(fā)表于《ACS納米》。
聲波無處不在，若能將聲能加以收集并利用，將能夠獲得一種嶄新的、可持續(xù)的能量源。然而，目前用于收集聲能的壓電和靜電效應(yīng)技術(shù)，存在能量轉(zhuǎn)換效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和對(duì)材料品質(zhì)要求高等缺點(diǎn)，并且大多數(shù)器件的工作頻率較高，而日常生活中使用的聲源則主要包括低頻成分，從而使得現(xiàn)有技術(shù)和器件未得到真正應(yīng)用。
為此，研究人員將鍍有金屬電極的聚四氟乙烯膜(Teflon)和具有孔洞結(jié)構(gòu)的金屬電極膜貼合在一起，構(gòu)成摩擦電納米發(fā)電機(jī)，然后將其用于聲轉(zhuǎn)換敏感單元。
研究人員介紹，聚四氟乙烯膜輕薄且具有彈性，能夠在實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境聲壓變化敏感響應(yīng)的同時(shí)，與金屬電極膜產(chǎn)生不同程度的分離與接觸摩擦，造成表面摩擦電荷與感應(yīng)電荷之間的平衡關(guān)系發(fā)生變化，從而驅(qū)動(dòng)電子通過外電路發(fā)生轉(zhuǎn)移，即形成電流，實(shí)現(xiàn)從聲能到電能的轉(zhuǎn)化。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)聲壓在70～110分貝范圍時(shí)，器件聲響應(yīng)靈敏度達(dá)9.54伏/帕，峰值功率密度為60.2毫瓦/平方米，聲電轉(zhuǎn)換效率大于50%。聲音驅(qū)動(dòng)的摩擦電納米發(fā)電機(jī)可以同時(shí)點(diǎn)亮20個(gè)LED燈。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，該研究結(jié)果在環(huán)境聲能量高效采集、噪聲抑制以及聲傳感探測(cè)(如航空動(dòng)力聲傳感、軍事偵察以及個(gè)人電子設(shè)備)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。整個(gè)器件的制造工藝無須昂貴原材料和先進(jìn)制造設(shè)備，有利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用，且整個(gè)器件以柔性聚合物膜為基本結(jié)構(gòu)，易加工;器件的使用壽命長，易與其他加工工藝相融合。
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