Integrative square-grid triboelectric nanogenerator as a vibrational energy harvester and impulsive force sensor

方形格子的摩擦电 nanogenerator (SG-TENG ) 为收获震动的精力并且察觉到冲动的力量被表明。每个广场三维(3D ) 打印了方形的格子充满铝(艾尔) 球。格子结构允许 SG-TENG 在宽广带宽上收获震动的精力并且在不同震动的角度操作。SG-TENG 的最惹人注目的特征是它被放大的能力并且综合。在在平行连接二 SG-TENGs 以后，开电路的电压和电线走火电流显著地在完整的震动的频率范围上被增加。与一个乒乓球球拍是综合的， SG-TENG 能从用球拍击一个砰恶臬球收获震动的精力，在由球拍的直接命中产生一般水准的地方，输出 10.9

用于井下振动测量的自发电振动传感器的研制

井下钻具的共振可能会损坏钻具甚至造成井下事故,对井下振动进行实时测量非常有必要。然而目前常规传感器的井下电池和电缆的供电方式会降低钻探效率,因此具有井下发电功能的传感器将更加适宜实际工况。针对此情况,研制了一种具有自发电功能的振动传感器,其利用振动工况诱导传感器内部纳米材料相互摩擦进行发电,同时利用摩擦电信号与振动信号的对应关系实现对振动的测量。室内试验结果表明,传感器的输出信号幅值可达7.3 V,最大发电功率约0.84μW,振动测量范围为0~13 Hz,振动测量误差小于5%,可在小于250℃的温度范围内正常工作。研究成果可为井下发电及井下超高温传感器技术的研究提供一定的借鉴。

基于激光诱导石墨烯电极的摩擦纳米发电机

随着物联网和人工智能的迅速发展,传感器的供能问题成为限制电力物联网进一步发展的关键因素之一。摩擦纳米发电机作为一种高效、环保、低成本的收集环境能量的新技术,在自供电传感领域具有优势明显的应用潜力。为此介绍了一种基于激光诱导石墨烯电极的摩擦纳米发电机,使用石墨烯电极代替传统的金属电极,不但大大简化了摩擦纳米发电机的制备工艺,降低了摩擦纳米发电机的生产成本,同时还拥有优异的输出性能,在80MΩ的阻抗下的功率可达456.3 mW/m^(2)。对基于激光诱导石墨烯电极的摩擦纳米发电机进行了基础输出性能测试,探究了激光功率对其输出性能的影响,并可用其监测门、抽屉等可活动物体的开关状态。该研究有利于推动摩擦纳米发电机的大规模应用,为解决电力物联网的传感器供能问题提供了一个新的思路。

具有井下自发电及自传感功能的随钻测量新方法研究——以用于振动测量的井下摩擦纳米发电机为例

现有随钻测量系统的供电方式均有各自的适用条件,因此有必要探索新型的井下供电方式作为对现有方式的补充,或联合现有供电方式共同使用。摩擦纳米发电机源于接触起电及静电感应现象(即生活中常见的静电),具有发电机和传感器的双重功能。基于此,本文将摩擦纳米发电机原理引入地质勘探领域,提出了一种可用于井下自供电(也叫自发电)及自传感的随钻测量新方法,并以自供电式井下振动传感器的研制为例对该方法进行阐述,同时通过大量的试验验证了传感器的高信噪比及良好的发电特性,且进一步通过280℃范围内的高温测试表明了基于该方法具有研制超高温井下传感器及超高温井下实时发电机的优势。还指出了下一步的重点研究方向及其解决途径。

基于摩擦纳米发电机的耐高温井下振动传感器研制

过激的振动频率将损坏钻具、影响效率、甚至造成井下事故,因此有必要对井下钻具的振动频率进行实时测量。本文基于摩擦纳米发电机提出了一种耐高温的井下振动传感器,该传感器不仅具有振动测量功能,也具有发电功能。当该传感器测量振动频率时,试验显示其测量范围为0~8 Hz,测量误差<4%,信噪比高,抗干扰能力强,且输出信号幅值与传感器和振动源的距离成反比。当该传感器用于发电时,试验显示振动频率越高其发电量越大,其在8 Hz工况下的输出电压、输出电流和输出功率分别为70 V、12×10^(-7) A和4.2×10^(-5) W,展示出了其作为井下分布式发电机的潜能。此外,该传感器可在温度<180℃以及相对湿度<90%的环境下正常使用,具有很强的适应性。

织物基自驱动传感器制备及其在运输包装中的应用

针对织物基摩擦纳米发电机(F-TENG),提出了一种普适简易的改性方法,通过碳纳米管和聚乙烯亚胺的接枝,提升织物基摩擦纳米发电机的传感性能,并以此F-TENG为原型器件搭建振动监测平台,系统研究了其在不同应用场景的即时信号采集和响应能力,探究了织物基摩擦纳米发电机在自驱动传感及运输包装监测方面的应用。研究结果表明,F-TENG在运输包装监测方面具有巨大的应用潜力。

基于摩擦纳米发电机的自供能低频振动传感器研究

设计了一种基于摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG)的自供能低频振动传感器(Low-frequency sensor,LV-TENG),结合TENG发电理论和电学仿真阐明了该传感器电信号产生的基本原理,证明了LV-TENG在无需外接电源情况下即可实现对二维振动的监测。COMSOL软件仿真分析表明,基于TENG独立层工作模式,当带电聚四氟乙烯(PTFE)小球振动时,两侧电极输出电信号与小球振幅存在较强的线性关系。通过传感器振动特性试验,定量分析了不同振动角度下LV-TENG输出电信号与外部振动参数之间的关系。根据输出电信号特征量,所设计的LV-TENG可实现振动状态的精准判断。