杨进:变废为宝的摩擦纳米发电机所驱动的无线传感网络及环境监测应用

zhongfei

近年来，经济的快速发展所带来的环境问题（如水环境的污染，垃圾处理等）日益严峻，环境监测传感器作为环境治理过程中的重要组成部分，其需求也迅速增长。然而，目前的环境监测传感器通常需要外部能源供能，如电池。对于需要长期工作的环境监测传感器而言，电池不仅寿命有限，还会产生潜在的环境危害，尤其是在大面积分布传感器网络。因此，通过收集环境中的可再生能源来替代电池为传感器供电是一种有效的解决方案。在众多能量中，流体能量因其在环境监测点附近具有丰富的储量，被视为理想的能够被利用的能源。传统的流体能量收集主要是基于电磁效应，这种方式虽然已经被广泛用于大规模发电。然而，维护成本高、体积大、难以携带阻碍了它们在便携式环境监测系统中的发展。近年来，基于接触带电和静电感应原理的摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator, TENG）已经被证明是一种高效、经济、且易于小型化的能量获取方式。将摩擦纳米发电机和无线环境监测传感网络结合，为长期环境监测提供了最佳解决方案。

近日，来自重庆大学的杨进教授和中科院北京纳米能源与系统研究所的王中林院士联合在Nano Energy上发表文章，题为：“Wireless Self-Powered Sensor Networks Driven by Triboelectric Nanogenerator for in-situ Real Time Survey of Environmental Monitoring” 在这项研究中，首次通过变废为宝的方式利用回收的牛奶盒作为摩擦发电单元制作了摩擦电纳米发电机(AS - TENG)，其中牛奶盒本身材料是由聚乙烯(PE)、铝箔(Al)和纸浆依次层压而成，只需简单处理就可作为摩擦发电机的发电单元。这种发电机可以实现对风能和水能的收集，并长期为无线环境监测节点供电。摩擦纳米发电机因为采用了独特的弧形结构设计，在和流体相互作用时产生涡激振动从而实现流体能量到电能的转化。此外，开发了以弧形摩擦纳米发电机为电源的自供电无线环境监测系统，在真实河流中进行流体能量采集，并实现了对河流水质(pH值)以及环境滑坡的长期监测和预警。

通过变废为宝的方式使用回收的牛奶盒制作了一种新颖的、环境友好的和完全封装的弧形摩擦纳米发电机用于收集流体能量。更重要的是，通过弧形摩擦纳米发电机驱动无线传感网络，并在真实河流中进行了流体能量采集，进而实现了长期环境监测的应用（水质监测和滑坡预警）。

文献链接：Wireless Self-Powered Sensor Networks Driven by Triboelectric Nanogenerator for in-situ Real Time Survey of Environmental Monitoring, (Nano Energy, 2018, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.08.055)