创新点：团队设计了一种摩擦纳米-电磁复合型流能发电装置来收集海洋环境中的风能和海流能，收集的能量用于为海洋物联网节点供能。通过对复合型发电机的性能提升及耦合机理进行研究，将两中发电技术结合可以有效提高能量收集表现。通过快速傅里叶变换对摩擦纳米发电机的电压信号进行处理，其还可以作为自供电传感器对当地流速进行传感。团队提出了一种功率管理策略来合理的分配电能，使整个系统可以周期性的自动采集传感信号并发送到物联网云端，无需人为干预。
关键词：能量收集；自驱动系统；摩擦纳米发电机；复合式纳米发电机
智慧海洋的发展需要大量的分布式海洋传感器节点。这些海洋无线传感器节点主要由电池供电。但电池的寿命限制了智能海洋的发展，并对环境造成了威胁。自供电系统能够收集系统周围的能量来供给电能，通过自供电系统为传感器节点供电是将会是一种可靠的途径。蓝色能源在海洋环境中大量分布，如海流能和海上风能。它具有范围广、能量密度高、输出稳定等特点。通过有效的能量转换技术，可以满足分布式传感器的需求。
现在，对蓝色能源的捕捉已经成为研究热点。压电发电机（PENG）、电磁发电机（EMG）和摩擦纳米发电机（TENG）被广泛用于采集蓝色能量。其中，TENG因其设计简单、成本低和高稳定性而脱颖而出。然而，TENG仍然受到其低电流和高内阻的限制，这阻碍了其作为能量收集器为无线传感器节点中的MCU和Wi-Fi模块等电子装置供电的进一步应用。因此亟需开展面向海洋物联网传感器节点供能的新型海洋流能采集技术。
本研究基于摩擦纳米发电原理与电磁感应原理，设计并制作了一种摩擦纳米-电磁复合型流能发电装置。在海洋环境下，复合型发电机能够将流体流动的机械能量转化为电能。通过摩擦-电磁两种能量转换技术的结合，能够提升收集装置的发电性能以及对于电容器的充电表现。与此同时，摩擦纳米发电机可以作为自供电传感器进行风速和水流速度的监测。更重要的是，通过有效的能量管理策略，该能量收集装置能够为温湿度传感器、电荷放大器、单片机、Wi-Fi模块等用电设备供电，并且周期性的将传感器数据（温湿度、流速等）上传到物联网云端。通过结合不同的海洋装备，该复合型纳米发电机能够放置在沿岸、近岸、以及水下等海洋环境中。该装置可以作为分布式海洋物联网节点全天候长续航地在目标海域工作，这为建设自供电的海洋传感器节点提供了一种可靠的解决方案。
徐敏义教授研究团队长期致力于海洋微纳能量收集与自驱动系统的相关研究，本项成果不仅拓展了复合型发电机的应用领域，也为实现海洋物联网节点的供能问题提供了了新思路。硕士研究生王雅巍、钱子安，博士研究生赵聪为本文第一共同作者，王昊副教授和徐敏义教授为论文的共同通讯作者。
论文信息
Highly Adaptive Triboelectric-Electromagnetic Hybrid Nanogenerator for Scavenging Flow Energy and Self- Powered Marine Wireless Sensing
Yawei Wang‡, Zian Qian‡, Cong Zhao‡, Yan Wang, Kun Jiang, Junpeng Wang, Zhaochen Meng, Fangming Li, Chuanqing Zhu, Pengfei Chen, Hao Wang*, Minyi Xu*.
Advanced Materials Technologies DOI: 10.1002/admt.202201245
Advanced Materials Technologies创刊于2016年4月， 是一本刊载技术相关的衔接材料科学和实际应用的高质量期刊，着重于基于新材料的先进工程、器件设计和新技术。Advanced Materials Technologies于2017年初被Web of Science收录，最新的影响因子为8.856。
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