背景介绍
- 近年来，在推动智能船舶发展、海洋产业升级的同时，加快海洋三维监测网络建设显得尤为关键。由于成本低廉、自动化程度高等优点，海洋传感器网络已广泛应用于水文信息采集、船舶状态监测、海洋环境监测、海上安全监测等领域。然而，现有海洋传感器网络的最大挑战是传统供电方式的需要额外供电，并且电池寿命有限，需要定期更换或充电，这不仅会导致维护不便，还会产生额外的费用消耗。此外，大多数电池系统都是用有毒化学物质制造的，这可能对海洋环境构成潜在风险。因此，此类海洋传感器网络迫切需要通用、可持续和环境友好的能源替代品。TENG可将不同类型的机械运动直接转换为高信噪比的电信号，感知海洋环境参数以及船舶系统和设备的工作状态参数，实现了现场运动感知信号的自供电传感，为智能海洋传感器网络提供了强有力的数据支撑。
文章概述
随着电子/材料和制造业的快速发展，海洋传感器在船舶和海洋工程领域取得了重大进展，迎合了海洋物联网（MIoT）和智能船舶的发展趋势。随着海洋传感器数量的增加和分布范围的扩大，开发连续、可持续和无处不在的电源对于海洋传感至关重要，但这是一个尚未解决的科学挑战。通过摩擦纳米发电机 (TENG) 进行的海洋自供电传感可能是应对这种紧急情况的一种有前景的方法。大连海事大学徐敏义教授和邹永久副教授团队对摩擦电传感器在海洋物联网方面的应用进展进行了综述，TENG可以有效地将周围环境的机械触发器转换为电信号。它具有高效的机械能到电能的转换、自我维持、材料可用性广泛、成本低廉和良好的可扩展性等优点。本文综述了海洋摩擦电传感器的工作原理及其在船舶与海洋工程领域的应用，主要分为触觉传感器、位移传感器、流量传感器、振动传感器和速度传感器五类，包括先进的结构设计、功能材料创新和海洋应用场景。最后，文章还强调了这些技术的学术挑战和未来前景，以及将其转化为商业应用时需要考虑的关键点。该综述以“Advances in Self-powered Triboelectric Sensor toward Marine IoT”为题近日发表在顶级期刊《Nano Energy》上。
图文导读
图1. 自供能海洋摩擦电传感器的分类：摩擦电触觉传感器、摩擦电位移传感器、摩擦电流量传感器、摩擦电振动传感器、摩擦电速度传感器。
图2.下一代海洋物联网范式展望图。
总结
- 本文综述了近年来摩擦电海洋传感器的研究进展，对位移传感器、流量传感器、速度传感器、振动传感器和触觉传感器等的先进结构设计、材料创新、应用效果和未来发展思考等方面进行了比较和讨论。构建了海洋智能传感器网络系统（MIoT）新范式。海洋摩擦电传感器的未来发展是学术界和工业界需要考虑的重点领域。在学术研究方面，这涉及设备结构、材料创新、灵敏度、可靠性、防水技术、数字孪生和人工智能。在商业化应用方面，这涉及到产品的标准化、制造以及产业链的打造。MIoT将在未来彻底改变航运业现有的工作模式，全面提升航运业的工作效率，为我们开启航运改革的新时代。
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