天津科技大學(xué)：研發(fā)非接觸型傳感器，應(yīng)用于電子皮膚、人機(jī)交互等領(lǐng)域

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，可持續(xù)能源的需求不斷增加。雖然摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）可以利用各種微弱機(jī)械能實(shí)現(xiàn)自供電，但在設(shè)備運(yùn)行過程中要受到頻繁、直接、長(zhǎng)期的機(jī)械沖擊，嚴(yán)重影響設(shè)備的耐久性。因此，研究人員開發(fā)了基于靜電感應(yīng)原理的非接觸式摩擦納米發(fā)電機(jī)（NC-TENGs）。NC-TENGs的摩擦層避免直接接觸，僅依靠相對(duì)運(yùn)動(dòng)來發(fā)電，從而增強(qiáng)設(shè)備的穩(wěn)定性、延長(zhǎng)使用壽命并擴(kuò)大操作場(chǎng)景，在自供電設(shè)備、電子皮膚、人機(jī)交互等領(lǐng)域中展現(xiàn)出巨大的潛力。

近日，天津科技大學(xué)高萌/張正健團(tuán)隊(duì)在《Advanced Functional Materials》期刊上發(fā)表題為“Non-Contact Triboelectric Nanogenerator"的綜述。該綜述系統(tǒng)地綜述了NC-TENG從基礎(chǔ)理論到實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)展。首先介紹了NC-TENG的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，然后討論了器件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和性能優(yōu)化方法。此外，還綜述了NC-TENG在自動(dòng)力位置檢測(cè)系統(tǒng)、非接觸人機(jī)界面和電能收集等領(lǐng)域的應(yīng)用。最后，作者展望了NC-TENG面臨的重大挑戰(zhàn)和潛在機(jī)遇。

NC-TENG終端設(shè)備可以有效避免與摩擦層頻繁的機(jī)械相互作用所產(chǎn)生的負(fù)面影響，且更多樣化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠優(yōu)化電輸出，提高設(shè)備的多場(chǎng)景功能利用率。作者總結(jié)了接近-分離結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)、彈簧輔助結(jié)構(gòu)和磁輔助結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)描述了每種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。還討論了提高電荷保留性能和優(yōu)化其電學(xué)性能的策略，包括調(diào)節(jié)介電常數(shù)、添加電荷捕獲中間層和添加電荷捕獲中間層。三種策略都可以有效地降低器件運(yùn)行過程中產(chǎn)生的靜電放電現(xiàn)象，增加NC-TENG的電輸出。每一種策略都有的屬性和潛在的缺點(diǎn)，這些方法的選擇應(yīng)取決于給定器件的具體要求和約束條件。

NC-TENG從人類日常生活中收集到的能量可以為使用傳統(tǒng)電池或不能直接使用充電設(shè)備的傳感器提供方便的供電，然后通過終端設(shè)備測(cè)量和分析，從周圍環(huán)境中產(chǎn)生的信號(hào)推斷出更多有用的信息，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)力實(shí)時(shí)檢測(cè)周圍環(huán)境和物體的位置信息、多領(lǐng)域人機(jī)交互界面等功能。雖然NC-TENG在智能傳感、人機(jī)交互等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但在提高輸出、應(yīng)用模式、耐用性、穩(wěn)定性等方面仍具有挑戰(zhàn)性，未來可以重點(diǎn)關(guān)注輸出增強(qiáng)、機(jī)械優(yōu)化、結(jié)構(gòu)最小化和應(yīng)用集成等方面，進(jìn)一步推進(jìn)NC-TENG的研究。隨著功能器件和電子設(shè)備的發(fā)展，NC-TENG作為一種很有前途的技術(shù)，可以在各種場(chǎng)合得到廣泛和大規(guī)模的應(yīng)用。

來源：傳感器專家網(wǎng)