摩擦納米發(fā)電機理論與技術(shù)：藍色能源與環(huán)境（第三卷）

目錄
前言
第31章 液滴基摩擦納米發(fā)電機 1
31.1 引言 1
31.2 單電極模式液-固基摩擦納米發(fā)電機用于液滴能收集 2
31.3 用于液滴能收集的自支撐液-固基摩擦納米發(fā)電機 5
31.4 類晶體管結(jié)構(gòu)的液-固基摩擦納米發(fā)電機用于液滴能收集 7
31.5 用于液滴能收集的液-液基摩擦納米發(fā)電機 35
31.6 結(jié)論 40
參考文獻 41
第32章 基于摩擦納米發(fā)電機收集水波能 43
32.1 引言 43
32.2 用于波浪能收集的摩擦納米發(fā)電機表征 46
32.3 典型摩擦納米發(fā)電機單元 47
32.3.1 球殼結(jié)構(gòu) 47
32.3.2 多層結(jié)構(gòu) 50
32.3.3 彈簧振子結(jié)構(gòu) 52
32.3.4 擺式和柵格結(jié)構(gòu) 53
32.3.5 固液接觸結(jié)構(gòu) 56
32.4 網(wǎng)絡(luò)連接 57
32.4.1 摩擦納米發(fā)電機單元的耦合網(wǎng)絡(luò) 58
32.4.2 摩擦納米發(fā)電機的自組裝網(wǎng)絡(luò) 59
32.5 波浪能收集器件的性能提升 60
32.5.1 電荷泵浦策略 61
32.5.2 旋轉(zhuǎn)式電荷泵浦和滑動式電荷泵浦 64
32.5.3 電荷穿梭原理 65
32.5.4 通過電荷補償提高輸出電壓 67
32.6 應用 69
32.7 結(jié)論 71
參考文獻 72
第33章 摩擦納米發(fā)電機收集藍色能源實現(xiàn)碳中和 75
33.1 引言 75
33.2 機-電轉(zhuǎn)換的基本原理 76
33.3 基本原理 77
33.3.1 液-固耦合模型 78
33.3.2 氣-固耦合模型 82
33.4 先進的器件結(jié)構(gòu)和用于碳中和的藍色能源 85
33.4.1 摩擦納米發(fā)電機單元設(shè)計及網(wǎng)絡(luò)策略 85
33.4.2 摩擦納米發(fā)電機收集藍色能源實現(xiàn)碳中和 87
33.5 結(jié)論 92
參考文獻 93
第34章 收集風能的摩擦納米發(fā)電機 96
34.1 引言 96
34.2 基本模式和結(jié)構(gòu) 96
34.2.1 單端固定結(jié)構(gòu) 97
34.2.2 雙端固定結(jié)構(gòu) 98
34.2.3 V型結(jié)構(gòu) 100
34.2.4 雙旗型結(jié)構(gòu) 101
34.2.5 其他結(jié)構(gòu) 102
34.3 材料 104
34.3.1 常見摩擦電材料 104
34.3.2 其他材料 105
34.4 性能 106
34.4.1 機械性能 106
34.4.2 電學輸出性能 108
34.5 應用 113
34.5.1 自供電系統(tǒng) 113
34.5.2 自供電傳感器 117
34.5.3 其他 120
34.6 結(jié)論 122
參考文獻 122
第35章 利用摩擦納米發(fā)電機獲取振動和超聲能量 126
35.1 引言 126
35.2 低頻振動和超聲的摩擦電能量收集 127
35.2.1 振動摩擦納米發(fā)電機 127
35.2.2 理論解釋 128
35.2.3 接觸-分離機制 129
35.2.4 多層集成用于電流增強 131
35.2.5 超寬帶振動摩擦納米發(fā)電機 132
35.3 性能參數(shù)相關(guān)的振動摩擦納米發(fā)電機 134
35.3.1 基于諧振器的振動摩擦納米發(fā)電機 134
35.3.2 用于高效收集振動能量的蜂窩結(jié)構(gòu) 135
35.3.3 生物機械振動能量收集 138
35.3.4 多向振動能量收集 138
35.3.5 線性光柵結(jié)構(gòu)*立式振動摩擦納米發(fā)電機 140
35.4 超聲能量收集 142
35.4.1 利用摩擦納米發(fā)電機收集超聲能量 144
35.4.2 超聲摩擦納米發(fā)電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 147
35.4.3 基于微電子機械系統(tǒng)技術(shù)的小型化超聲摩擦納米發(fā)電機結(jié)構(gòu)設(shè)計 148
35.4.4 通過摩擦納米發(fā)電機的超聲感應發(fā)電的計算研究 151
35.4.5 超聲能量收集材料設(shè)計 154
35.5 結(jié)論 161
參考文獻 161
第36章 摩擦納米發(fā)電機技術(shù)用于民用基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng) 163
36.1 引言 163
36.2 基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)中基于摩擦納米發(fā)電機技術(shù)的綜述 164
36.2.1 能量收集技術(shù) 164
36.2.2 民用基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng) 168
36.2.3 民用基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測技術(shù)的未來趨勢 172
36.3 結(jié)論 179
參考文獻 179
第37章 摩擦納米發(fā)電機與太陽能電池的集成 183
37.1 引言 183
37.2 當前研究 185
37.2.1 摩擦納米發(fā)電機與太陽能電池的簡單集成 185
37.2.2 特殊處理的材料用于性能提升 192
37.2.3 利用光電效應提升摩擦納米發(fā)電機的輸出表現(xiàn) 196
37.2.4 一體化復合系統(tǒng)用于多種能量收集 199
37.2.5 不同場景下復合系統(tǒng)的實際應用 203
37.3 結(jié)論 209
參考文獻 211
第38章 摩擦納米發(fā)電機技術(shù)用于顆粒污染物的凈化 217
38.1 引言 217
38.2 基于接觸起電效應和摩擦納米發(fā)電機器件產(chǎn)生的局部強電場 219
38.3 接觸起電效應用于顆粒物過濾 221
38.3.1 纖維材料之間的接觸起電效應及其對顆粒物過濾性能的增強 221
38.3.2 小球材料的接觸起電效應用于尾氣凈化 226
38.4 摩擦納米發(fā)電機用于顆粒物過濾 229
38.4.1 摩擦納米發(fā)電機作為高壓電源用于靜電除塵 229
38.4.2 摩擦納米發(fā)電機誘導的空氣離子化用于顆粒物凈化和空氣殺菌 234
38.5 結(jié)論 240
參考文獻 240
第39章 用于水下感知的摩擦納米發(fā)電機 244
39.1 引言 244
39.2 用于水下目標定位與追蹤的摩擦納米發(fā)電機 245
39.2.1 水下目標聲源定位 245
39.2.2 水下低頻聲音探測 250
39.2.3 水下目標渦流感知與追蹤 254
39.2.4 水下自驅(qū)動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò) 260
39.3 用于水下結(jié)構(gòu)物監(jiān)測的摩擦納米發(fā)電機 263
39.3.1 水下機械手觸覺感知 263
39.3.2 海洋結(jié)構(gòu)物自驅(qū)動監(jiān)測 268
39.3.3 水下障礙物檢測和避碰 272
39.4 用于水下無線通信的摩擦納米發(fā)電機 276
39.5 用于水下可穿戴設(shè)備的摩擦納米發(fā)電機 280
39.5.1 水下人體運動監(jiān)測 280
39.5.2 魚類可穿戴數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺 284
39.6 用于水下感知網(wǎng)絡(luò)供能的摩擦納米發(fā)電機 289
39.6.1 極低流速海流能量收集 289
39.6.2 海洋物聯(lián)網(wǎng)供能 294
39.7 挑戰(zhàn)與展望 297
39.8 結(jié)論 299
參考文獻 299
第40章 高效、高耐久的摩擦納米發(fā)電機用于藍色能源收集 301
40.1 引言 301
40.2 藍色能源的原創(chuàng)思想 302
40.3 摩擦納米發(fā)電機用于藍色能源收集的技術(shù)優(yōu)勢 303
40.4 器件效率和耐久性的提升策略 305
40.4.1 彈簧協(xié)助結(jié)構(gòu)摩擦納米發(fā)電機用于波浪能收集 305
40.4.2 毛刷結(jié)構(gòu)摩擦納米發(fā)電機用于水流能收集 308
40.4.3 擺動結(jié)構(gòu)摩擦納米發(fā)電機用于波浪能收集 313
40.5 藍色能源摩擦納米發(fā)電機及其網(wǎng)絡(luò)的能量管理 320
40.5.1 多方向波浪能收集的摩擦納米發(fā)電機 320
40.5.2 擁有集成螺旋單元的摩擦納米發(fā)電機 321
40.5.3 摩擦納米發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)的能量管理 323
40.6 結(jié)論 326
參考文獻 328
第41章 提高材料的表面電荷密度 331
41.1 引言 331
41.2 接觸起電過程中表面電荷的來源 332
41.2.1 不同材料接觸起電過程中電荷的來源 332
41.2.2 同種材料接觸起電過程中電荷的來源 334
41.2.3 表面電荷來源于外部電荷注入 336
41.3 表面電荷的動態(tài)特性 337
41.4 提高表面摩擦電荷密度的方法 340
41.4.1 材料選擇 340
41.4.2 表面功能化 342
41.4.3 復合摩擦層 344
41.4.4 工作環(huán)境優(yōu)化 345
41.5 結(jié)論 351
參考文獻 351