【摘 要】
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随着社会的发展,人类对能源的需求量逐渐增大,海洋中的不规则的海水波浪作为一种高熵能（High Entropy Energy,HEE）,储量十分丰富,是最有前景的可持续能源之一。目前用于海上能源收集、海上环境监测和海上环境预警的方式都不能长时间、近距离、实时的完成这些任务。因此,开发新的海洋能采集技术势在必行。摩擦纳米发电机是一种新型的能量收集技术,其利用摩擦起电和静电感应的耦合效应将机械能转化为电
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随着社会的发展,人类对能源的需求量逐渐增大,海洋中的不规则的海水波浪作为一种高熵能（High Entropy Energy,HEE）,储量十分丰富,是最有前景的可持续能源之一。目前用于海上能源收集、海上环境监测和海上环境预警的方式都不能长时间、近距离、实时的完成这些任务。因此,开发新的海洋能采集技术势在必行。摩擦纳米发电机是一种新型的能量收集技术,其利用摩擦起电和静电感应的耦合效应将机械能转化为电能,可为微型电子器件供电。由于其质量轻、造价低、易于制备且可收集低频能量的特点,摩擦纳米发电机已经被广泛应用于海洋波浪能的收集。静电纺丝聚偏氟乙烯（PVDF）纤维膜具有优异的摩擦电性能,已经广泛应用于智能和电子材料中。疏水性纳米SiO2有助于提高PVDF静电纺丝纤维膜的电性能,且纳米SiO2疏水性使其更适用于海洋环境。本文首次设计了一种重心自适应型摩擦纳米发电机（简称BSA-TENG）,用不同浓度SiO2改性PVDF纤维膜作为介电薄膜;并从不同参数优化其结构后探究其基本电性能;并展示了器件作为分布式电源在孤立水域的应用。BSA-TENG受益于物理重力导向结构设计,其颠覆了以往的直接利用水波振动转化为电能的方式,能有效地将随机振动的海洋波高熵能,转化为旋转机械能,再转化为电能。研究结果表明:BSA-TENG结构可以在水波中自动发生单向连续偏转。掺杂0.3wt.%疏水纳米SiO2的PVDF纤维膜的电性能最佳,且内腔直径越大,小球直径越小数量越多时,输出性能越好。在工作频率小于1Hz的水波下,发电机的输出性能为43V、22n C和0.02μA,发电机在负载电阻为500 MΩ时,输出峰值功率为0.1 m W。此外,BSA-TENG可驱动自供电温度传感器系统和无线信号发射器。这为海洋HEE的采集和海洋气象监测预报的自供电服务系统提供了一条新思路。
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