本报讯　近日，浙江大学海洋学院海洋电子与智能系统研究所纳米能源研究团队，利用生活中常见的气球制作成了可用于收集波浪能的多倍频高性能摩擦纳米发电机。这项研究发表在国际著名期刊《先进能源材料》上。

　　气球是我们日常生活中常见的一种儿童玩具，向气球中注入水后，它会具有很好的弹性和可拉伸特性。同时，构成气球的PVC材料是一种具有优良摩擦电特性的介电材料。

　　浙江大学海洋学院2019级博士研究生夏克泉突然奇想，是不是能够将这个特殊结构与近年来专注的纳米能源研究结合起来，利用生活中习以为常的材料发电。

　　于是研究团队制备了一种基于水气球的多倍频高性能摩擦纳米发电机（WB-TENG）用于波浪能收集，所提出的WB-TENG由一个方形盒和一个水气球两部分构成。方形盒内壁上覆盖一层导电铜箔，再在导电铜箔表面粘贴一层尼龙薄膜。将导线放到气球中，然后向气球中注入氯化钠水溶液，最后通过打结的方式进行密封。将制作好的水气球放到方形盒子中，这样WB-TENG发电器件就制作完成了。

　　以往的研究报道了多种用于收集水波能的摩擦纳米发电机结构，包括球形结构、圆筒形结构、塔形结构和蝴蝶形结构等，取得了很好的发电效果。但是，工作模式单一，能量转化效率低，这限制了摩擦电纳米发电机（TENG）的在海洋环境下收集波浪能的实际应用。因此，在这项工作中，WB-TENG能够实现三种工作模式（完全接触-分离模式、局部接触-分离模式、往复接触-分离模式），可以收集任意方向的机械能，这极大推动了TENG在海洋能收集方面的应用。

　　此外，由于水气球具有很好的弹性，当WB-TENG受到低频率的外力作用时，水气球会在盒子内部不断和内壁碰撞，进而产生多倍频的输出电流。根据实验测试，在相同的条件下，WB-TENG在一个工作周期内的总转移电荷是传统的基于双板结构的TENG的28倍，表明这种基于水气球的结构设计会大大提升能量转化效率。除此之外，由于水气球在不增加任何支撑结构的情况下也能达到自支撑的效果，使得WB-TENG在轻微振动下仍能产生电学输出。

　　根据水气球可拉伸性，在气球与尼龙薄膜的不断碰撞摩擦过程中，气球表面会不断积累电荷直到达到饱和，这会带来超高的输出性能。根据实验测试，在1.5 赫兹的工作频率下，WB-TENG短路电流的瞬时峰值可以达到147 微安，开路电压的瞬时峰值可以达到1221 伏。同时，WB-TENG在外接负载为20 兆欧时达到最大输出功率，其瞬时峰值为13.52 毫瓦。

　　值得一提的是，WB-TENG除了作为发电器件，还可以作为传感器件反应波浪的振动情况，对于海洋能收集和海洋环境下分布式传感网络的构建有着积极意义。　 本报记者 林洁 通讯员　柯溢能