基于摩擦纳米技术的无线充电新概念

无线充电技术以其便捷易用等优势被众多产品开发商重视,并引入到各自的产品当中,小至电动牙刷、智能手机,大到电动汽车,其产品特性也备受消费者青睐。近年来更是在消费电子设备领域迅猛发展,相关技术标准也相应成熟落地。然而,现有无线充电技术大多基于磁感应原理,其间作为中间能量形式的电磁波难以穿透金属介质,使得其应用场景局限于非金属媒介中。

近期,重庆大学胡陈果课题组提出了一种基于摩擦纳米发电技术的无线充电概念。该概念采用低频共振器作为前端换能器,将电能转换成单一频率的机械波能量,采用摩擦纳米发电机作为后端换能器,将接受的机械波转换成电能,从而为电子器件供电。其中机械波作为中间能量存在形式,有别于电磁波,可在包含金属在内的固体材质中很好地传播,实现电能穿过金属隔离的传递。

实验上,利用函数信号发生器将电能转换成单一频率正弦电信号,输出给低频共振器。基于电磁感应原理,共振器底座上相应输出小幅同频振动,底座连接上固定的固体板材后,振动将在板材上传播,在板材的另一侧,一摩擦纳米发电机随之振动,并将机械能转换成电能输出,从而实现电能跨越固体板材的无线传播。实验及理论模拟都证实了,不同板材在不同固定模式下,发电机输出性能与频率密切相关,通过调节共振频率可实现传输效能的最大化。实验室条件下,穿透3mm厚的金属铜、铁、铝板,研究人员成功地为商业电容器充入电量,并透过真空手套箱及外墙玻璃传输了电能。摩擦纳米发电机的发电机理是基于摩擦起电效应和静电感应,其作为新兴的机械能电能转换单元,得到了广泛关注和快速发展,基于不同场景设计的不同工作模式和不同结构的纳米发电机也应运而生。

该无线充电概念结合可植入式柔性摩擦纳米发电机,可为皮下微型植入器件供电;结合超声波摩擦纳米发电机,在超声波无损检测领域有一定应用前景;结合超灵敏摩擦纳米发电机,或在抗干扰有线通讯上有潜在价值。相关文章在线发表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201703086)上。

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