近年來海洋生態環境感測器逐步向小型化, 智能化的方向發展, 這對整個感測系統的能源補給, 材料, 通訊等方面提出了巨大挑戰. 國內外開展了面向海洋生態環境感測器的新能源技術研究, 如太陽能, 風能, 溫差能和波浪能. 相比於太陽能, 風能和溫差能, 波浪蘊藏著巨大能量, 並且具有更大的時間和空間適用範圍. 但由于波浪的運動是多嚮往複性運動, 其運動隨機性的特徵導致捕獲的能流不穩定, 難以設計合適的波浪能發電裝置的各級能量轉換裝置. 新型, 簡易, 可持續的海浪能量收集系統的研製和開發逐漸成為了科技界關注的焦點.
近日, 中國科學院北京納米能源與系統研究所朱光研究團隊提出了基於固/液界面摩擦起電和二維陣列電極發電整合的柔性隨機波浪摩擦納米發電機, 高效率地收集轉換波浪能並用於驅動無線感測電路定時發射無線訊號. 該工作利用二維陣列電極整流晶片整合結構設計將二維多方向運動的隨機波浪機械能收集轉換為電能輸出, 在多種隨機波浪情況下均能高效率地收集和轉換波浪機械能. 其結構優勢主要體現在: 同種隨機波浪條件下, 柔性摩擦納米發電機發電輸出隨著二維陣列電極的陣列數的增加而增加; 具有較高陣列數的摩擦納米發電機在多種隨機波浪條件下均可獲得較高發電輸出. 實驗室條件下, 有效面積為10cm*7cm 的柔性二維陣列整合摩擦納米發電機發電輸出驅動無線訊號發射電路板發射無線訊號, 可實現53秒定時發射一次無線訊號, 基本滿足海洋監測的大範圍, 近即時, 全天候的監測能源需求. 該研究提出的柔性摩擦納米發電機收集波浪能驅動海洋無線感測訊號發射, 具有質量輕, 成本低, 環保節能和便於維護等優點, 為實現遠洋長時間無人監護的網路節點的供電問題和海洋遠程自供能無線感測網路系統的實現提供了新的供能方案, 具有重要的研究和實踐應用價值. 相關研究成果發表在近期的ACS Nano上(DOI: 10.1021/acsnano.7b08716).
