Nano Energy: 基于摩擦納米發電機的自驅動可移動式殺菌和疾病控制系統

youyoucao 2年前 (2021-07-05) 1764瀏覽

隨著社會經濟和現代科技的快速發展，人與人的接觸變得越來越頻繁。由細菌和病毒引起的眾多傳染病很容易通過空氣在人與人之間進行傳播，這將嚴重的危害人類的健康。此外，蚊子叮咬是許多蚊媒傳染病的源頭，包括瘧疾、乙型腦炎、絲蟲病、登革熱等等。實現高效的殺菌和蚊子數量控制，可以有效的降低疾病的傳播和保障公共健康。目前，滅蚊和殺菌的常用方法主要分別兩大類：化學方法和物理方法。對于化學方法，有毒的化學物質不可避免的會影響人們的健康，而且也會對生態環境造成污染。高壓滅蚊和紫外線殺菌是兩種安全有效的物理方法，但是它們都需要外部電源來驅動相關的器件，對于室外環境或者偏遠地區的使用具有嚴重的局限性。因此，發展出一種環境友好、免維護的殺菌和疾病控制系統具有重要的意義。

王中林院士于2012年提出的以麥克斯韋位移電流第二分量為理論根基的摩擦納米發電機（TENG）為解決這個問題提供了新的思路。TENG能有效地將分散和無規則的低頻環境機械能轉化為電能，具有結構簡單、成本低廉、環境友好等特點，在微納電源、自驅動傳感器、藍色能源、直接高壓電源等領域有著廣泛的應用前景。為了拓寬TENG的實際應用領域，輸出功率和機械穩定性是需要提高的兩個關鍵參數。以往的研究一般從材料和結構設計的角度入手提高TENG的機械穩定性，但傳統的方法通常會導致其輸出功率的下降。所以，迫切需要開發出一種簡單有效、而且能夠同時提高TENG這兩個關鍵參數的方法。

近期，中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士課題組，報道了一種具有雙摩擦層結構、能夠自動切換工作模式的高性能耐久摩擦納米發電機。相比于單摩擦層結構的摩擦納米發電機，其轉移電荷量和瞬時輸出功率分別提升了65%和156%。此外，該發電機可以根據柔性轉子在不同轉速下所受離心力和重力的平衡，自動切換其工作模式，從而有效地提升了發電機的穩定性和耐久性。基于上述優良的性能，該發電機能夠有效的收集環境機械能并用于構建一種自驅動可移動式殺菌和疾病控制系統。該工作拓展了自驅動系統在傳染病控制領域的新方向，有望實現家庭醫療和公共健康水平的提升。

該成果以“Self-powered mobile sterilization and infection control system”為題，發表在近期的Nano?Energy期刊上，文章鏈接：?https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521005681。該文章的第一作者為駱健俊博士、韓凱博士，北京納米能源與系統研究所王中林院士為通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、博士后創新人才支持計劃等項目資助。