研究背景
- 海洋蕴藏着丰富的自然资源，栖息着数以万计的物种，也在全球气候系统中扮演着关键角色。随着环境保护挑战的加剧，有效的海洋监测显得更加迫切，这对于设计具体的保护策略、维护海洋生态健康及其持续性至关重要。然而，海洋的辽阔和复杂的环境条件给监测设备，特别是物联网节点带来了极大的挑战。其中，利用海洋环境中的原位能量为海洋观测节点提供电力是克服这些限制的可行解决方案。摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator, TENG）是一种全新的机电转换技术，在2012年提出之后取得了长足的发展，现已成为海洋动能（蓝色能源）收集的重要发展方向之一。
然而，海浪的低频随机运动仍然限制了TENG的电流输出，复杂多变的环境同时对能量收集装置的寿命带来了严峻的挑战。针对这些问题，香港科技大学（广州）胡国标教授团队，大连海事大学徐敏义教授团队提出了一种基于多轨道光栅电极和反向电荷增强效应的滚动式摩擦纳米发电机（multi-tunnel grating electrodes and opposite-charge-enhancement TENG, MO-TENG），该能量收集单元在海浪时变的随机激励下，瞬时功率密度来到185.4 W/(m3·Hz)。在此基础上，团队设计并研发了一个集成MO-TENG单元以及水质传感器的海洋浮标，以此来实现波浪能量的原位提取以及海洋物联网节点的持续供能。
图文导读
Demo展示
总结
- 本工作设计并制作了一种用于收集波浪能量的滚动式摩擦纳米发电机（MO-TENG），利用多隧道光栅电极和反向电荷增强效应，在海浪变换的低频激励下能够提供185.4 W/(m3·Hz)的瞬时功率密度。通过将MO-TENG单元堆叠并集成于海洋浮标中，该设备实现了完全自供能的原位海洋水质无线监测，并已在真实海洋环境中进行了充分验证。这些成果不仅展示了MO-TENG的卓越性能，也证明了其在海洋物联网和海洋数字孪生领域中作为自供能传感节点的巨大潜力。 香港科技大学（广州）博士研究生王雅巍，大连海事大学硕士研究生杜恒旭、杨恒一、席子岳为本论文共同第一作者。香港科技大学（广州）助理教授胡国标，大连海事大学王昊副教授、徐敏义教授为该文共同通讯作者。该研究工作得到科技部国家重点研发计划，国家自然科学基金（面上项目、青年项目）的资助。
胡国标教授课题组网站： sms-lab.github.io 徐敏义教授课题组网站： www.mspslab.cn
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