研究背景
- 环境感知技术对于提高智能汽车的安全性和可靠性至关重要，同时也是实现未来无人驾驶汽车不可或缺的关键技术。现有的汽车通过车载传感器，例如视觉传感器、激光雷达等设备实现对于周边环境的非接触感测。然而，上述的传感器不可避免地存在易受环境能见度影响、成本高等问题。非接触式摩擦纳米发电机利用静电感应效应，无需直接物理接触即可实现对于目标的感知，近年来受到了研究人员的广泛关注。然而，由于没有持续的接触过程生成摩擦电荷，因此开发具有优异的电荷捕获能力及高表面电荷密度的摩擦纳米发电机对于提高其非接触式感知能力具有重要的意义。
文章概述
针对以上问题，大连海事大学徐敏义教授联合台湾中兴大学赖盈至教授共同研发了一种具有长探测距离、高灵敏度的自驱动非接触式摩擦电纳米发电机（Self-powered non-contact sensor, SNC-TENG）。SNC-TENG由MXene/硅胶纳米复合材料和完全嵌入其中的导电海绵电极制成，可以显著提高非接触式摩擦纳米发电机的感知性能。通过在介电材料中掺杂MXene，可有效地提升非接触式摩擦纳米发电机的电荷捕获能力。作者们还系统地研究了目标距离、运动频率、幅度以及面积等关键参数对于SNC-TENG的发电性能的影响。优化后的SNC-TENG可实现对于2m距离内的人体跑跳运动的有效探测。得益于其优异的感知距离，作者尝试将其用于智能汽车环境感知传感器，探索了SNC-TENG在汽车哨兵模式、盲区监测等方面的应用。最后，SNC-TENG被贴附于真实的汽车上，实现了对于接近人员的感知。
文章以“MXene-composite-enabled Ultra-long-distance-detection and Highly Sensitive Self-powered Non-contact Triboelectric Sensors and Their Applications in Intelligent Vehicle Perception“为题发表在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上，大连海事大学博士研究生赵聪、硕士研究生王昭洋、香港科技大学博士研究生王雅巍为该论文的共同第一作者，大连海事大学徐敏义教授与台湾中兴大学赖盈至教授为该论文通讯作者。
图文导读
图1. SNC-TENG的结构设计及应用场景图。
图2. SNC-TENG的制备与表征。
图3. SNC-TENG的发电性能优化。
图4. SNC-TENG的非接触感知性能探究。
图5. SNC-TENG作为非接触式传感器在汽车哨兵模式应用演示。
图6. SNC-TENG应用于汽车盲区监测及贴附于真实汽车感知接近人员。
总结
- 总之，本文介绍了一种具有长探测距离以及高灵敏度的自驱动非接触式摩擦纳米发电机，该摩擦纳米发电机可利用静电感应效应实现对于周围目标的非接触感知。通过掺杂MXene以及引入具有网络结构的导电海绵电极，对所设计的非接触式摩擦纳米发电机进行了优化，实现了2m的探测距离。此外，该文章还探索了该传感器在汽车哨兵模式、盲区监测中的应用。最后，将该非接触式摩擦纳米发电机应用于真实汽车，实现了对于周围人员接近的感知。本研究有望为非接触式摩擦纳米发电机的设计及应用提供新的解决方案及策略，所提出的SNC-TENG有望应用于包括环境感知、人机交互等多个领域。
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