高性能納米發(fā)電機(jī)研究獲進(jìn)展

近日，信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院張海霞教授課題組在高性能納米發(fā)電機(jī)研究中取得重要進(jìn)展，提出了一種應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)微系統(tǒng)供能的倍頻高輸出納米發(fā)電機(jī)。該納米發(fā)電機(jī)基于摩擦生電原理，通過采用微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面材料和“三明治”結(jié)構(gòu)，成功克服了傳統(tǒng)納米發(fā)電機(jī)輸出性能不高的缺陷，其輸出電壓高達(dá)465V，輸出電流為107.5μA，功率密度為53.4mW/cm3，且具有倍頻效果。利用該新型納米發(fā)電機(jī)，無需任何外接電路，即可成功驅(qū)動(dòng)5個(gè)并聯(lián)商用LED工作并成功用于驅(qū)動(dòng)視網(wǎng)膜神經(jīng)假體針尖陣列�；�于該研究成果，以博士研究生張曉升和韓夢(mèng)迪作為共同第一作者的論文發(fā)表在《納米快報(bào)》（Nano Letters）上。能源問題是亟待解決的世界性難題之一，應(yīng)用于微系統(tǒng)的納米發(fā)電機(jī)出現(xiàn)伊始就在世界范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注。張海霞課題組首次將微納復(fù)合結(jié)構(gòu)引入納米發(fā)電機(jī)，極大地提高了有效摩擦面積，從而顯著提高了器件輸出性能。該研究工作還創(chuàng)新性地提出了“三明治”新型結(jié)構(gòu)，使得器件在單次外力作用下，可以實(shí)現(xiàn)兩次有效摩擦（即兩次摩擦和兩次分離），從而實(shí)現(xiàn)了具有倍頻效果的納米發(fā)電機(jī)，成功地提高了發(fā)電機(jī)的輸出功率密度；為驗(yàn)證其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，張海霞教授與李志宏教授、王瑋副教授課題組合作，將此納米發(fā)電機(jī)在磷酸鹽緩沖（PBS）溶液中成功驅(qū)動(dòng)了視網(wǎng)膜神經(jīng)假體針尖陣列，電流達(dá)88μA。此外，該研究工作還對(duì)其工作原理進(jìn)行了闡釋和分析、系統(tǒng)性研究了頻響特性、微納表面形貌對(duì)性能的影響，并利用有限元分析法對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行了仿真。審稿人認(rèn)為該研究工作具有高度創(chuàng)新性，對(duì)納米發(fā)電機(jī)的發(fā)展具有重要意義。（來源：北京大學(xué)）