摩擦纳米发电机（TENG）可将机械能转化为电能，是一种很有前途的环境能量收集技术。而传统的TENG是基于接触起电和静电感应的耦合，产生交流电（AC）输出，需要通过整流器获得直流电（DC）才能用于驱动电子产品。目前，米乐M6 米乐获得直流输出的方法有机械整流、相位耦合、空气击穿和肖特基接触起电等。但要实现直流摩擦纳米发电机（DC-TENG）的高输出和高耐用性，还需要进行进一步探索。

　　近日，重庆大学胡陈果教授研究团队提出了一种新的DC-TENG，通过设计机械延时开关和额外无电极空白区，大大提高了输出性能。对DC-TENG的工作机理进行了理论分析和实验验证。研究发现，无电极空白区域促进电荷积累，而机械延时开关实现直流输出。这种DC-TENG可以在60 rpm的转速下点亮1,888个串联的LED灯，并在120 rpm的转速下持续、稳定地驱动24个并联的温-湿度计。此外，DC-TENG实现了4.2 W/m 2 的超高平均功率密度，远高于同类报到的工作。最后，DC-TENG显示高耐久性并在120,000次循环后保留92%的初始输出。米乐M6 米乐该工作为提高DC-TENG的输出性能提供了一种可行的策略。

　　图1. MDC-TENG的结构和工作原理。（a）滑块表面无介电层的MDC-TENG单元三维结构示意图。（b）电荷饱和条件下MDC-TENG的简化工作原理图。（c）滑块表面有介电层的MDC-TENG单元三维结构示意图。（d）电荷饱和条件下滑块表面有FEP膜的MDC-TENG简化工作原理图。（e）MDC-TENG在两对电极上的电流输出。（f）MDC-TENG在一个周期内的动态电荷输出曲线。

　　图2. 在工作频率2 Hz下，不同参数和结构对MDC-TENG输出的影响。在三个循环下，不同的摩擦层（a）Kapton、（b）PTFE、（c）FEP在不同的压力下的输出电荷。在不同的压力下，滑块的介质膜（d）Kapton、（e）PTFE、（f）FEP的短路电流。（g）滑块上有或没有介质膜的MDC-TENG二维结构图。（h）在不同压力下，滑块上有或没有介质膜的输出电荷比较（三个循环）。（i）在不同压力下，滑块上有或没有介质膜的输出电流的比较。

　　图3. 在工作频率2 Hz下，不同额外滑动范围对MDC-TENG输出的影响。（a）MDC-TENG二维结构图（定子有一对电极）。（b）不同滑动距离的MDC-TENG简化工作原理图。（c）MDC-TENG在不同额外滑动距离下的输出电荷（6个循环）。（d）MDC-TENG在不同额外滑动距离下的短路电流（6个循环）。（e）不同电极面积、（f）不同湿度条件对MDC-TENG的充电和短路电流的影响（6个循环）。（g）MDC-TENG的短路电流的耐久性测量。

　　图4. 旋转MDC-TENG的性能测试。（a）旋转式MDC-TENG三维结构示意图。（b）定子、旋转器和放大电极开关的设备照片。不同电极对的旋转MDC-TENG在60 rpm下的（c）输出电荷和（d）短路电流。不同转速下旋转MDC-TENG的（e）输出电荷，（f）短路电流和（g）开路电压。（h）60 rpm时的阻抗和输出功率匹配。（i）旋转MDC-TENG的平均输出功率密度的比较。

　　图5. MDC-TENG的应用展示。（a）MDC-TENG采集环境能量场景图。（b）MDC-TENG驱动1888个LED灯的电路图和（c）真实情景照片。（d）MDC-TENG的机械能收集到电能输出的过程示意图。（e）MDC-TENG的能量管理单元（EMU）电路图。（f）MDC-TENG在60 rpm下电容充电电压曲线。（g）水流驱动MDC-TENG给蓝牙湿度计供电的电压-时间曲线。（h）MDC-TENG在60rpm下点亮6个2 W的灯泡的照片。（i）MDC-TENG在120rpm下驱动24个温湿度计和（j）动态的电压-时间曲线。

　　综上所述，该工作开发了一种基于机械延时开关和电荷空间积累的机械能量收集新设计。机械延时开关和额外空白区的设计大大提高了MDC-TENG的输出性能。MDC-TENG的设计目的是实现高直流输出平均功率和高耐用性，以有效收集机械能。该工作为提高DC-TENG的输出性能提供了一种可行的策略。

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