上海交大杨卓青团队在单液滴摩擦发电超高输出机理研究中取得重要进展学术资讯

近日，上海交通大学电子信息与电气工程学院微纳电子学系杨卓青研究员团队与中科院王中林院士合作在单液滴摩擦发电超高输出机理研究中取得重要进展。基于固-液双电层电容的界面效应和晶体管开关效应，将等效电路模型引入到水滴发电机中，使一点水滴在无需预充电的情况下即可实现超过100V的输出电压，大幅提升了水滴摩擦发电的效率。相关论文以“A Single-Droplet Electricity Generator Achieves an Ultrahigh Output Over 100 V Without Pre-Charging”为题在线发表于自然指数（Nature Index）顶级期刊《Advanced Materials》（影响因子：30.849）。

摩擦起电是自然界常见的物理现象，自2012年摩擦纳米发电机（TENG）被发明以来，摩擦发电已逐渐成为一种能源收集和自驱动传感的主流技术。摩擦纳米发电机耦合了接触带电和静电感应，由于其在收集低频、高熵能源方面所展现的独特优势，已在微纳能源、自驱动传感、高压电源和蓝色能源等领域得以广泛研究和应用。

基于摩擦纳米发电机的能量采集及供电策略

受场效应晶体管工作原理的启发，该研究工作将固-液带电界面形成的双电层电容引入电路方程，并建立了基于界面效应和开关效应的水滴发电机等效电路模型。在没有对固体表面进行预充电（电晕充电或电荷注入等）的前提下，仅利用储存在双电层电容内的电荷，使单纯的一滴水便能够产生高达100V以上的输出电压，与传统的静电感应发电方式相比，其电学输出直接提高了两个数量级。同时，该工作也对固-液界面等效电路方程、电学输出行为和界面理化特性进行了系统的分析，为相关研究人员深入理解水滴摩擦发电中的界面-开关效应机理提供了重要的理论基础和实验验证。