基于织构表面的摩擦静电发电机制备及其输出性能研究

摩擦电纳米发电机(TENG)是基于摩擦生电和静电感应复合原理将机械能转换为电能的一种新型能源获取方式.本文采用模板法制备了几种不同参数的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微圆柱结构,并组装成TENG,实验研究了接触区表面积、外加载荷对TENGs输出性能的影响.结果表明,圆形微柱阵列的存在有效提高了TENG的作用面积及电输出性能,相同载荷下,电输出随微柱间距离减小而增加,在间距为15μm、载荷为5 N时,输出的平均开路电压和短路电流分别为88 V和15μA,是同等条件下、微柱间距为50μm电输出的1.5倍以上;电输出随载荷增加呈准线性增加,ANSYS软件模拟载荷作用下PDMS微圆柱织构的变形行为,结果表明,压力作用下,微圆柱主要发生压缩变形,基底的变形导致微柱与上电极之间产生侧向摩擦,从而产生更多电荷,提升了电输出性能.