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海洋平台等海洋结构物在海洋资源开发中发挥着重要作用。海洋结构物长期服役在恶劣的海洋环境中，长期受到包括海风、海浪等各种载荷作用，有时还会遭受地震、船只撞击等意外作用，在外部载荷长期作用下就会导致结构物各种形式的损伤甚至失效，甚至会造成灾难性海上事故。因此，为及时、准确获得海洋平台健康状态信息，需要对海洋平台进行实时可靠的监测。
传感器技术可通过实时监测海洋结构物在不同载荷作用下动力响应信号以实现实时状态监测。在各种传感器中，光纤传感器由于其体积小、精度高等特点已受到业内广泛关注。然而，光纤传感器依赖于外部电源或电池持续供能，其需要在海上特殊环境下进行定期检查和更换，在中断连续监测过程同时，也浪费了大量的人力物力。
摩擦纳米发电机技术可将环境中的机械能转换为电能，进而实现自驱动传感，由于其成本低、材料范围广、灵敏度高而受到广泛关注。大连海事大学研究团队提出了一种由乳胶外管与硅胶内芯组成的绳状摩擦纳米发电机(R-TENG)以实现海洋结构物状态监测。通过结构设计与材料选择，R-TENG具有高拉伸性与良好的防潮性性能，R-TENG可在高达140%的应变范围内实现拉力监测。研究团队进一步探究了R-TENG在弯曲与按压两种模式下的电输出性能及高潮湿环境下的工作性能。最后，R-TENG可应用于监测海洋结构中的典型载荷，包括缆绳拉力、平台撞击及结构物弯曲载荷。该工作为实现海洋结构物状态监测提供了一种新型解决方案。该成果近日以“Highly-Stretchable Rope-Like Triboelectric Nanogenerator for Self-Powered Monitoring in Marine Structures”为题发表在Nano Energy上。共同作者为大连海事大学轮机工程学院博士生赵聪与研究生刘德华，通讯作者为大连海事大学轮机工程学院徐敏义教授。
图1 R-TENG的应用场景和结构设计
图2 R-TENG应用于海洋结构物状态监测应用演示
- 综上所述， R-TENG的输出电压输出在140%应变范围内随应变呈线性增加。此外，R-TENG在弯曲和按压模式下也具有良好的电输出性能。其在低压力范围和高压力范围内灵敏度分别为0.84 V/N和0.038 V/N。另外，R-TENG展现出了良好的防潮性，即使在93%的湿度环境下也具有良好的工作性能。最后，R-TENG可用于监测海洋结构物各种载荷，包括缆绳拉力、平台撞击及弯曲载荷。该工作为实现海洋结构的实时监测提供了一种新型的解决方案，可推动摩擦纳米发电机技术在海洋工程领域的应用。
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