天津科技大學：研發非接觸型傳感器，應用于電子皮膚、人機交互等領域

隨著科學技術的快速發展，可持續能源的需求不斷增加。雖然摩擦納米發電機（TENG）可以利用各種微弱機械能實現自供電，但在設備運行過程中要受到頻繁、直接、長期的機械沖擊，嚴重影響設備的耐久性。因此，研究人員開發了基于靜電感應原理的非接觸式摩擦納米發電機（NC-TENGs）。NC-TENGs的摩擦層避免直接接觸，僅依靠相對運動來發電，從而增強設備的穩定性、延長使用壽命并擴大操作場景，在自供電設備、電子皮膚、人機交互等領域中展現出巨大的潛力。

近日，天津科技大學高萌/張正健團隊在《Advanced Functional Materials》期刊上發表題為“Non-Contact Triboelectric Nanogenerator"的綜述。該綜述系統地綜述了NC-TENG從基礎理論到實際應用的進展。首先介紹了NC-TENG的基本結構和工作原理，然后討論了器件的結構構造和性能優化方法。此外，還綜述了NC-TENG在自動力位置檢測系統、非接觸人機界面和電能收集等領域的應用。最后，作者展望了NC-TENG面臨的重大挑戰和潛在機遇。

NC-TENG終端設備可以有效避免與摩擦層頻繁的機械相互作用所產生的負面影響，且更多樣化的結構設計能夠優化電輸出，提高設備的多場景功能利用率。作者總結了接近-分離結構、轉盤結構、彈簧輔助結構和磁輔助結構，并詳細描述了每種結構的優缺點。還討論了提高電荷保留性能和優化其電學性能的策略，包括調節介電常數、添加電荷捕獲中間層和添加電荷捕獲中間層。三種策略都可以有效地降低器件運行過程中產生的靜電放電現象，增加NC-TENG的電輸出。每一種策略都有的屬性和潛在的缺點，這些方法的選擇應取決于給定器件的具體要求和約束條件。

NC-TENG從人類日常生活中收集到的能量可以為使用傳統電池或不能直接使用充電設備的傳感器提供方便的供電，然后通過終端設備測量和分析，從周圍環境中產生的信號推斷出更多有用的信息，從而實現自動力實時檢測周圍環境和物體的位置信息、多領域人機交互界面等功能。雖然NC-TENG在智能傳感、人機交互等領域得到了廣泛的應用，但在提高輸出、應用模式、耐用性、穩定性等方面仍具有挑戰性，未來可以重點關注輸出增強、機械優化、結構最小化和應用集成等方面，進一步推進NC-TENG的研究。隨著功能器件和電子設備的發展，NC-TENG作為一種很有前途的技術，可以在各種場合得到廣泛和大規模的應用。

來源：傳感器專家網