课题组成员赵立作为共同一作在期刊《Renewable Energy》上发表文章“Tribo-mechano transduction of solid-liquid triboelectric nanogenerators via boundary layer theory”。目前,固-液摩擦纳米发电机面临理论框架不完善的问题,这限制了对其能量转换机制与电学性能的精准预测。为应对这一挑战,本研究借鉴固-固滑动模式与边界层理论,提出一种新型固-液机电耦合模型。上海大学李忠杰副研究员为本文通讯作者。
文章摘要:
目前,固-液摩擦纳米发电机面临理论框架不完善的问题,这限制了对其能量转换机制与电学性能的精准预测。为应对这一挑战,本研究借鉴固-固滑动模式与边界层理论,提出一种新型固-液机电耦合模型。该模型的核心创新点在于,采用液体边界层替代传统固-固滑动模型中的固体材料,首次实现了边界层尺度下固-液摩擦纳米发电机机电特性的理论研究。
研究通过基于U型减摇水舱的仿真平台对该模型进行验证,并利用自主搭建的摩擦实验装置获取实验数据,经曲线拟合推导得到固-液电学性能公式。理论分析表明,水体耗散动能向电能的转换效率可达11.41%;低频激励下的实验验证则证实了该模型的通用性与有效性。
此外,针对水舱横摇运动过程中电学性能与减摇特性的映射关系展开深入探究,结果显示:随着横摇角度的增大,电学输出先升高后降低;而随着水舱初始水位的上升,电学输出则呈逐渐下降趋势。该模型填补了固-液摩擦纳米发电机理论体系的空白,为其性能预测提供了可靠工具,同时也为减摇传感应用中耗散动能利用与电能补给的耦合优化提供了重要参考。
