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近日，中科院北京納米能源與系統研究所和美國佐治亞理工學院聯合研究小組設計和制作出大功率二維平面摩擦發電機，并成功展示了其通過收集環境中的機械能來實時驅動常規電子產品的能力。相關成果日前發表于《自然—通訊》期刊。業內專家認為，這種被稱為“回轉摩擦發電機”的新型發電裝置能將微風、水流，甚至人體運動的動能轉化為電能，不但效率高，而且成本低廉。
“該成果展示出大功率納米發電機能夠廣泛地應用于收集包括空氣流動、水體流動和人體活動在內的多種機械能的可能性，開創了自驅動便攜式電子設備的實用化進程。”研究負責人、中國科學院外籍院士、美國佐治亞理工學院教授王中林在接受《中國科學報》記者采訪時表示。
由朱光、陳俊等組成的主力團隊發現，摩擦納米發電機的兩個工作部件在相互滑動的過程中，電極之間的電荷轉移量可以通過材料表面有序圖案化得到極大提高，并和圖案密度呈準線性關系。科學家設計出兩種圖案化陣列結構，使摩擦納米發電機的輸出功率實現了質的飛躍。
在第一種結構中，發電機由平面化的圓形定子和轉子兩部分組成。當相對轉動速率為3000轉/分鐘時，該發電機的能量轉化效率為24%。在第二種結構中，圖案化網絡由一組平行的微型線性陣列組成。當兩部件之間的相對滑動速率為10米/秒時，該發電機的平均輸出功率高達3瓦。研究人員還通過高分子納米顆粒潤滑處理，進一步降低了摩擦滑動的能量損耗，使能量轉化效率接近50%。
“作為直接供電源，它們能夠為日常用球形燈泡等電器提供連續的電力。”王中林說。此外，研究人員還進一步開發出了一套完整的小型供電系統。該系統具有降阻抗、整流、儲能和穩壓等功能，能夠提供恒壓穩定的直流輸出，從而為包括手機在內的多種常用電子產品提供實時電力或為其直接充電。
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