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《纯天然全可吸收摩擦纳米发电机问世》

  • 来源专题：中国科学院亮点监测
  • 编译者： liuzh
  • 发布时间：2018-07-02

  • 　　近日，在中国科学院外籍院士、中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家王中林，研究员李舟及北京航空航天大学教授樊瑜波的指导下，博士江文、李虎和刘卓等利用5种自然来源的可降解材料开发出不同类型的纯天然生物全可吸收摩擦纳米发电机（BN-TENGs）。相关成果发表于《先进材料》。

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相关报告

  • 《摩擦纳米发电机首次实现对驾驶行为的无干扰测试》
    • 来源专题：中国科学院亮点监测
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2018-10-13
    •         据报道，道路交通伤害（RITs）已被列为全世界第八大死亡原因。其中，驾驶员的不良驾驶习惯，特别是驾驶员的注意力分散，被认为是交通事故的直接原因。美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）通过研究，发现大多数撞车事故/近撞车事故不注意现象都与驾驶员分心有关。实际上，驾驶的首要任务仅占开车总时间的46%，其余的时间都在进行次要任务，例如，发短信、导航或调整无线信道。然而，这些活动会导致驾驶员偏离道路，这是非常危险的。研究表明，如果驾驶员眼睛离开道路时间超过2秒，撞车的危险会增加三倍。对驾驶员的驾驶行为的分析，可应用于交通安全和交通流研究等多个领域。因此，驾驶行为对于交通安全和路况检测非常重要。目前，驾驶行为分析的大多数参数是通过利用镜像或价格昂贵的传感器来实现，例如，眼动跟踪仪、脑电图仪等；而且这些监测装置会对驾驶行为测试分析造成很大的干扰，很难获得客观数据来进行驾驶行为的深入研究。 　　摩擦纳米发电机(TENGs)是一种新型的能量转换器件，利用接触起电和静电感应效应，它可以收集人体运动的机械能、风能、海洋能等。同时通过与电池、电容器等储能器件耦合，可以集成为一体化的自供能系统。此外，TENGs作为一种自驱动的传感装置也已经被广泛地应用于压力传感、环境监测、污染治理、医疗卫生、健康监测等领域。通过外部压力触碰TENG，在静电感应驱动下产生摩擦电荷，经过外部电路传输，可以实时监测施加于TENG的作用力，以及其与输出电信号的强度和频率的关系，从而实现监测操作者的外部活动。 　　近日，在中国科学院外籍院士、中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长、佐治亚理工学院校董教授王中林，纳米能源所研究员孙春文及北京理工大学教授王武宏的指导下，博士生孟晓义和成前等人将基于TENG的压力传感器应用于汽车传感领域，用来实时监测驾驶员的行为，这是首次把TENG应用在驾驶行为监测领域，实现了驾驶行为无干扰测试，为解决车辆安全提供了新的解决途径。同时有望将TENG应用于更广泛的领域，如智能驾驶、交通安全以及航空航天等。 　　该工作基于Al和Kapton薄膜制备了简易柔性的TENG，通过对其结构性能以及灵敏度做的分析表征，表明TENG可以有效地作为压力传感装置。外部压力作用于TENG导致其形变，产生开路电压信号，其强度和频率对应于外部动作特征，应用于汽车传感领域，并结合多通道数据采集装置，可以监测驾驶员多种行为动作。 　　相关研究成果以Triboelectric Nanogenerator as a Highly Sensitive Self-Powered Sensor for Driver Behavior Monitoring 为题发表在最新一期的《纳米能源》（Nano Energy，DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.07.026）上。该项工作得到了科技部国家重点研发计划（2016YFA0202702）、国家自然科学基金（51672029, 51372271, 51378062）以及 中组部“顶尖千人”及其创新团队的经费支持。
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  • 《基于摩擦纳米发电机的多功能触觉传感系统----中国科学院北京纳米能源与系统研究所》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2017-04-01
    • 　近年来智能设备的快速发展使得人们对智能机器人等设备提出了更高的要求。不同于传统工业机器人的工作模式，智能机器人需要更自主的工作能力，这不但需要智能机器人有更优异的软件系统，同时其传感器也要更加智能化，触觉传感就是其中之一。 　　 　　人类的触觉是一种高度复杂并且功能很多样的传感系统。开发具有相似功能的人工触觉系统的研究受到人们的持续关注。考虑到触觉的作用过程与摩擦运动的相似性，基于摩擦纳米发电机的触觉传感器不断被研究出来。这些研究主要集中在单一触觉领域的传感（例如接触觉、滑动触觉等），而人类的触觉却是多功能的集成系统。此外，人工触觉传感器仍然需要更智能化的设计。 　　 　　最近，由中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士、曹霞教授指导的团队，通过结合单电极和双电极摩擦纳米发电机各自的优点，开发了一种多功能的综合触觉传感系统。这种新型多功能触觉系统综合了单电极摩擦纳米发电机在接触、定位等领域的优势，同时也利用了双电极模式在力学运动传感领域的优点，实现了对接触、相对硬度、触点位置以及接触外力的传感。该触觉传感器在 40-140N 的范围内，对外力有良好的线性响应。对触点具有 2mm 的平面分辨率。相关成果发表在 ACS Nano 期刊（ DOI: 10.1021/acsnano.7b00396 ）。这项工作不但提出了一种多功能触觉传感系统的构筑方法，也进一步展示了摩擦纳米发电机在智能触觉传感领域的应用。
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