近日，西安电子科技大学机电工程学院樊康旗副教授团队最新研究成果“A whirligig-inspired intermittent-contact triboelectric nanogenerator for efficient low-frequency vibration energy harvesting ”，被能源和材料科学领域顶级学术期刊Nano Energy发表。该期刊是分布式、可再生能源领域Top期刊，2021年影响因子为17.881，CiteScore为25.6。
低频机械振动能具有分布广泛、可再生、绿色环保等优点，可转化为电能以维持数量巨大、分布十分广泛的微小型传感器的正常工作，实现自维持、免维护传感器网络，但低频的特点导致其收集利用难度大。摩擦电效应可在低频振动作用下产生较高输出电压，但稀疏的脉冲形输出和材料磨损问题限制了摩擦纳米发电机的输出稳定性和寿命。针对以上难题，该团队受拉绳陀螺旋转动力学原理的启发，提出了一种可轴向滑动的绳驱转子，成功地将低频振动转换为高速旋转运动。在绳驱转子的基础上，该团队研制了一种旋转式摩擦纳米发电机，其输出频率相比外界振动频率提升了70倍，从而大幅提高了输出功率；同时，在外界振动和绳驱转子动力学的相互作用下，所研制的发电机可在滑动摩擦和静电感应两种工作模式间自动切换，既有效缓解了发电机的磨损问题，又保证了输出稳定性。最后，该团队利用所研制的摩擦纳米发电机成功地驱动微波传感器、温湿度计、电子表等电子器件正常工作，表明该摩擦纳米发电机在桥梁监测、轨道监测、发电地板等领域具有潜在的应用。
近年来，面对物联网和可穿戴电子等迅速发展导致的分布式能源需求，樊康旗副教授团队在生物机械能、低频振动能、海洋波浪能等收集利用方面开展了大量开拓性研究工作，提出了多种新型运动转换和传递机构，将低频、无规则、随机运动转换为高速、高频、规则运动，实现了低频机械能的高效收集利用。研究团队目前承担2项国家自然科学基金面上项目，发表中科院一区论文22篇、二区Top5篇、高被引2篇、Editor’s Pick 1篇、授权发明专利10项。
论文信息：
机电工程学院副教授樊康旗为该论文第一作者和共同通讯作者，先进材料与纳米科技学院杨如森教授为论文共同通讯作者。
Kangqi Fan*, Danmei Wei, Yan Zhang, Peihong Wang, Kai Tao, Rusen Yang*. A whirligig-inspired intermittent-contact triboelectric nanogenerator for efficient low-frequency vibration energy harvesting. Nano Energy, 2021, 90: 106576.
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521008284