安徽理工大學青年教師張生與中國礦業大學副教授許程課題組合作,基于魚群游動過程中個體間協同能量傳遞機理,提出了一種魚群效應摩擦納米發電機(TENGs)陣列,用于流體能量的捕獲與利用。這一設計策略不僅為TENGs陣列的優化布局提供新思路,也為陸地或水下多體協同運動編隊的設計等工程應用提供了重要技術支撐。相關研究成果發表于《納米能源》。
摩擦納米發電機(TENG)是一種新型的高熵能量收集技術,利用摩擦起電效應和靜電感應效應將機械能轉換為電能,可廣泛應用在微納能源收集、自驅動傳感、藍色能源、高壓電源以及接觸電致催化等領域。
“比如,可以從海浪的起伏運動中獲取能量,為海洋監測儀器提供持續的電力支持;可以用于從河流、管道內的水流中收集能量。在微流控芯片技術中,TENG還可以作為微型泵或閥門的動力源,通過控制液體的流動方向和速度來完成復雜的化學反應或生物分析過程。”張生向《中國科學報》介紹。
此次研究中,張生等基于魚群游動過程中個體間協同能量傳遞機理,提出了一種魚群效應TENGs陣列(FSE-TENGs)。
“研究發現,基于魚群效應設計的鈍體陣列能夠有效抑制鈍體間的相互擾動現象。同時,FSE-TENGs展現出類似魚群運動中的能量捕獲與傳遞能力:下游鈍體TENGs可高效利用上游鈍體產生的尾流能量,從而顯著提升整體能量收集效果。”張生說。
進一步,在應用演示中,該陣列能夠有效收集氣流能量并將其轉化為電能用于預警,并為溫濕度計提供多次穩定的電源。
張生說,“這種群體仿生設計不僅增進了對自然界能量轉換機制的理解,也為研制高效的能量收集裝置提供了新的視角和方法。”
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