Nano Energy: 基于摩擦纳米发电机的自驱动可移动式杀菌和疾病控制系统

youyoucao 3年前 (2021-07-05) 2465浏览

随着社会经济和现代科技的快速发展，人与人的接触变得越来越频繁。由细菌和病毒引起的众多传染病很容易通过空气在人与人之间进行传播，这将严重的危害人类的健康。此外，蚊子叮咬是许多蚊媒传染病的源头，包括疟疾、乙型脑炎、丝虫病、登革热等等。实现高效的杀菌和蚊子数量控制，可以有效的降低疾病的传播和保障公共健康。目前，灭蚊和杀菌的常用方法主要分别两大类：化学方法和物理方法。对于化学方法，有毒的化学物质不可避免的会影响人们的健康，而且也会对生态环境造成污染。高压灭蚊和紫外线杀菌是两种安全有效的物理方法，但是它们都需要外部电源来驱动相关的器件，对于室外环境或者偏远地区的使用具有严重的局限性。因此，发展出一种环境友好、免维护的杀菌和疾病控制系统具有重要的意义。

王中林院士于2012年提出的以麦克斯韦位移电流第二分量为理论根基的摩擦纳米发电机（TENG）为解决这个问题提供了新的思路。TENG能有效地将分散和无规则的低频环境机械能转化为电能，具有结构简单、成本低廉、环境友好等特点，在微纳电源、自驱动传感器、蓝色能源、直接高压电源等领域有着广泛的应用前景。为了拓宽TENG的实际应用领域，输出功率和机械稳定性是需要提高的两个关键参数。以往的研究一般从材料和结构设计的角度入手提高TENG的机械稳定性，但传统的方法通常会导致其输出功率的下降。所以，迫切需要开发出一种简单有效、而且能够同时提高TENG这两个关键参数的方法。

近期，中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士课题组，报道了一种具有双摩擦层结构、能够自动切换工作模式的高性能耐久摩擦纳米发电机。相比于单摩擦层结构的摩擦纳米发电机，其转移电荷量和瞬时输出功率分别提升了65%和156%。此外，该发电机可以根据柔性转子在不同转速下所受离心力和重力的平衡，自动切换其工作模式，从而有效地提升了发电机的稳定性和耐久性。基于上述优良的性能，该发电机能够有效的收集环境机械能并用于构建一种自驱动可移动式杀菌和疾病控制系统。该工作拓展了自驱动系统在传染病控制领域的新方向，有望实现家庭医疗和公共健康水平的提升。

该成果以“Self-powered mobile sterilization and infection control system”为题，发表在近期的Nano Energy期刊上，文章链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521005681。该文章的第一作者为骆健俊博士、韩凯博士，北京纳米能源与系统研究所王中林院士为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、博士后创新人才支持计划等项目资助。