關注我們喲
☀定期推送科技與知識產權事件，政策解讀 ，項目進展，成果信息 ，科普知識等科技動態，提供政策查詢、專利檢索、需求對接、專業課程等諸多優質服務，內蒙古最權威的科技與知識產權信息服務微信平臺！關注我們妥妥沒錯！
昨日，記者從內蒙古工業大學材料科學與工程學院獲悉，馬文教授課題組與中國科學院北京納米能源與系統研究所（BINN）王中林院士研究團隊緊密合作的題為“Harsh-Environmental-Resistant Triboelectric Nanogenerator and Its Applications in Autodrive Safety Warning”的學術論文（原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201801898），近日於國際頂級學術期刊《Advanced Energy Materials》發表。期刊報道了有望工程應用的高性能摩擦電材料及用於汽車或軌道交通中制動能量收集和自驅動傳感的最新研究成果。在王中林院士和馬文教授的悉心指導下，團隊成員齊心協力，突破了原有摩擦電材料的耐磨損、耐高溫等性能極限。
論文在線發表及摘要部分
隨著可穿戴設備（WD）、人工智能（AI）和物聯網（IOT）的快速發展，尤其是自動駕駛、無人機等技術領域的快速崛起，給便攜式電源供給技術和智能傳感網絡帶來了極大地挑戰和新的機遇。自2012年王中林院士首次提出並深入研究的摩擦納米發電機（Triboelectric Nanogenerator, TENG），到2018年王中林院士榮獲被譽為世界能源領域“諾貝爾獎”暨第十一屆埃尼“前沿能源獎”，TENG已成為一項公認的新型、高效的能量轉化新技術。TENG作為新時代的能源技術，集低成本、高轉化效率、結構簡單等優勢於一身，通過耦合摩擦起電效應和靜電感應實現了機械能量收集與電能轉化，尤其適用環境中頻率低於 5 Hz的機械能量，輸出效率遠高於電磁發電機；TENG超高靈敏度還可作為主動式傳感器件，且能夠實現自驅動（Self-powered）傳感網絡，為世界可持續能源、新能源材料、微納能源轉化技術的探索開闢了新思路，也為自驅動電子器件和自驅動傳感網絡提供了革命性的策略。
自動駕駛汽車是一種通過電腦系統實現無人駕駛的智能汽車，是一種能夠感知周圍環境並在沒有人為干預的情況下自主行駛的革命性車輛，其安全駕駛預警（DSEW）系統對自動駕駛汽車的行駛、巡航至關重要，是決定該領域快速、健康發展的核心技術。實際上，如果沒有強大的高效傳感網絡，DSEW系統則無法正常運行。已有研究證實，TENG可以從行駛的車輛中獲取振動和滑動能量，為DSEW系統電能和實現自驅動傳感。然而，已報道的文獻中各種結構、類型、材料的TENG應用在該領域仍存在較大侷限性。首先，目前所採用的絕大部分摩擦電材料均為有機類聚合物及相近材料，在接觸和分離過程中容易出現磨損或損壞，尤其在一定載荷下不能長時間支撐滑動摩擦；其次，工作溫度高於200ºC時，大多數有機類摩擦電材料會發生分解、軟化或變形。因此，TENG在該領域的應用主要作為附加組件而不是關鍵支撐部件，大大限制了其在工業領域的應用。為了突破上述瓶頸，內蒙古工業大學材料學院馬文教授課題組與王中林院士研究團隊緊密合作，先後對新型摩擦電材料和TENG的結構展開了系統研究，合作團隊首次設計了足以應對惡劣環境的複合式heTENG，通過微納米複合技術，成功製備出了耐磨損、耐高溫的複合材料作為heTENG的摩擦電層，該摩擦電材料可直接用於關鍵的耐磨部件，如車輛剎車皮或剎車片等。在極端惡劣工作環境中，heTENG實現了滑動和振動能量收集和自驅動傳感，展現了良好的電力輸出性能和靈敏的傳感特性，同時摩擦電材料也表現出了優異的耐磨性和耐高溫性能。此外，還成功展示了基於heTENG應用實例，其一：可用於預警或提示汽車剎車片更換的自驅動智能剎車裝置（SP-SB）；其二：基於heTENG的超靈敏傳感特性，利用四個SP-SB器件構造了一種新型的汽車振動傳感器網絡，可用於自動駕駛汽車的安全監控，例如輪胎氣壓、偏載和超載等。該自驅動傳感網絡可以靈敏感知車輛行駛過程中幾乎任何不利於車輛運行安全的振動信號，為DSEW提供精準信息並實時採取適當的行動。
heTENG結構及摩擦電材料性能
heTENG結構及工作原理
基於heTENG的自驅動智能剎車(SP-SB)系統及其性能
這項研究中，合作團隊開發的耐磨損、耐高溫的微納複合摩擦電材料，具有製備工藝簡單，成本可控，可規模化生產；展示的新型複合heTENG實現了車輛行駛過程中振動能量和制動過程中滑動能量的有效收集與轉化。憑藉創新的材料優化技術，可以預見heTENG技術在自動駕駛、車輛自驅動傳感和安全預警等領域的巨大潛力。
據悉，該項研究得到了BINN王中林院士的大力支持，內蒙古化工職業學院教師及內蒙古工業大學2015級溫靜博士研究生、BINN陳寶東副研究員和唐偉副研究員為共同第一作者，馬文教授和王中林院士為共同通訊作者。這是內蒙古工業大學首次以第一作者和通訊作者單位在該國際頂級期刊上發表學術論文。
馬文博士，教授，博士生導師。2006年畢業於北京航空航天大學材料學專業，獲得工學博士學位，2006-2008年於德國於利希研究中心從事博士後研究工作，現就職於內蒙古工業大學材料科學與工程學院，研究領域主要包括：（1）薄膜與塗層材料及技術；（2）金屬表面防護技術；（3）先進陶瓷材料。現任全國金屬與非金屬覆蓋層標準化技術委員會塗層檢測與表徵分技術委員會委員，中國腐蝕與防護學會第九屆高溫專業委員會委員。入選教育部新世紀優秀人才和內蒙古自治區“草原英才”，獲2016年內蒙古自治區自然科學一等獎。主持國家自然科學基金3項，內蒙古自然科學基金重大專項1項，2015年獲批內蒙古自治區薄膜與塗層重點實驗室，課題組在Adv. Energy Mater.等國際期刊發表SCI學術文章40餘篇。
（內蒙古工業大學 科技宣傳中心）
閱讀更多 創新內蒙古 的文章
