摩擦纳米发电机由王中林小组于2012年在国际上首先发明，目的是利用摩擦起电效应和静电感应效应的耦合把微小的机械能转换为电能。这是一项颠覆性的技术并具有史无前例的输出性能和优点，近些年来，其理论体系和应用技术都发展迅速。《摩擦纳米发电机理论与技术》系列全面涵盖了摩擦纳米发电机的系统理论及其带来的快速发展的各个领域的技术应用总结。全书共4卷、53章。第1卷主要介绍其理论与技术基础，第2卷展现了其在微纳能源领域的尖端应用，第3卷主要介绍其在收集蓝色能量、环境能量方面的前沿应用，第4卷主要介绍其作为传感器与高压电源的前沿应用。这些应用领域涉及能源、环境、医疗植入、人工智能、可穿戴电子设备及物联网等众多方向。本分册涵盖第3卷内容。

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中科院外籍院士，欧洲科学院院士，，2019年爱因斯坦世界科学奖

目录
前言
第31章 液滴基摩擦纳米发电机 1
31.1 引言 1
31.2 单电极模式液-固基摩擦纳米发电机用于液滴能收集 2
31.3 用于液滴能收集的自支撑液-固基摩擦纳米发电机 5
31.4 类晶体管结构的液-固基摩擦纳米发电机用于液滴能收集 7
31.5 用于液滴能收集的液-液基摩擦纳米发电机 35
31.6 结论 40
参考文献 41
第32章 基于摩擦纳米发电机收集水波能 43
32.1 引言 43
32.2 用于波浪能收集的摩擦纳米发电机表征 46
32.3 典型摩擦纳米发电机单元 47
32.3.1 球壳结构 47
32.3.2 多层结构 50
32.3.3 弹簧振子结构 52
32.3.4 摆式和栅格结构 53
32.3.5 固液接触结构 56
32.4 网络连接 57
32.4.1 摩擦纳米发电机单元的耦合网络 58
32.4.2 摩擦纳米发电机的自组装网络 59
32.5 波浪能收集器件的性能提升 60
32.5.1 电荷泵浦策略 61
32.5.2 旋转式电荷泵浦和滑动式电荷泵浦 64
32.5.3 电荷穿梭原理 65
32.5.4 通过电荷补偿提高输出电压 67
32.6 应用 69
32.7 结论 71
参考文献 72
第33章 摩擦纳米发电机收集蓝色能源实现碳中和 75
33.1 引言 75
33.2 机-电转换的基本原理 76
33.3 基本原理 77
33.3.1 液-固耦合模型 78
33.3.2 气-固耦合模型 82
33.4 先进的器件结构和用于碳中和的蓝色能源 85
33.4.1 摩擦纳米发电机单元设计及网络策略 85
33.4.2 摩擦纳米发电机收集蓝色能源实现碳中和 87
33.5 结论 92
参考文献 93
第34章 收集风能的摩擦纳米发电机 96
34.1 引言 96
34.2 基本模式和结构 96
34.2.1 单端固定结构 97
34.2.2 双端固定结构 98
34.2.3 V型结构 100
34.2.4 双旗型结构 101
34.2.5 其他结构 102
34.3 材料 104
34.3.1 常见摩擦电材料 104
34.3.2 其他材料 105
34.4 性能 106
34.4.1 机械性能 106
34.4.2 电学输出性能 108
34.5 应用 113
34.5.1 自供电系统 113
34.5.2 自供电传感器 117
34.5.3 其他 120
34.6 结论 122
参考文献 122
第35章 利用摩擦纳米发电机获取振动和超声能量 126
35.1 引言 126
35.2 低频振动和超声的摩擦电能量收集 127
35.2.1 振动摩擦纳米发电机 127
35.2.2 理论解释 128
35.2.3 接触-分离机制 129
35.2.4 多层集成用于电流增强 131
35.2.5 超宽带振动摩擦纳米发电机 132
35.3 性能参数相关的振动摩擦纳米发电机 134
35.3.1 基于谐振器的振动摩擦纳米发电机 134
35.3.2 用于高效收集振动能量的蜂窝结构 135
35.3.3 生物机械振动能量收集 138
35.3.4 多向振动能量收集 138
35.3.5 线性光栅结构独立式振动摩擦纳米发电机 140
35.4 超声能量收集 142
35.4.1 利用摩擦纳米发电机收集超声能量 144
35.4.2 超声摩擦纳米发电机的结构设计 147
35.4.3 基于微电子机械系统技术的小型化超声摩擦纳米发电机结构设计 148
35.4.4 通过摩擦纳米发电机的超声感应发电的计算研究 151
35.4.5 超声能量收集材料设计 154
35.5 结论 161
参考文献 161
第36章 摩擦纳米发电机技术用于民用基础设施系统 163
36.1 引言 163
36.2 基础设施系统中基于摩擦纳米发电机技术的综述 164
36.2.1 能量收集技术 164
36.2.2 民用基础设施系统 168
36.2.3 民用基础设施监测技术的未来趋势 172
36.3 结论 179
参考文献 179
第37章 摩擦纳米发电机与太阳能电池的集成 183
37.1 引言 183
37.2 当前研究 185
37.2.1 摩擦纳米发电机与太阳能电池的简单集成 185
37.2.2 特殊处理的材料用于性能提升 192
37.2.3 利用光电效应提升摩擦纳米发电机的输出表现 196
37.2.4 一体化复合系统用于多种能量收集 199
37.2.5 不同场景下复合系统的实际应用 203
37.3 结论 209
参考文献 211
第38章 摩擦纳米发电机技术用于颗粒污染物的净化 217
38.1 引言 217
38.2 基于接触起电效应和摩擦纳米发电机器件产生的局部强电场 219
38.3 接触起电效应用于颗粒物过滤 221
38.3.1 纤维材料之间的接触起电效应及其对颗粒物过滤性能的增强 221
38.3.2 小球材料的接触起电效应用于尾气净化 226
38.4 摩擦纳米发电机用于颗粒物过滤 229
38.4.1 摩擦纳米发电机作为高压电源用于静电除尘 229
38.4.2 摩擦纳米发电机诱导的空气离子化用于颗粒物净化和空气杀菌 234
38.5 结论 240
参考文献 240
第39章 用于水下感知的摩擦纳米发电机 244
39.1 引言 244
39.2 用于水下目标定位与追踪的摩擦纳米发电机 245
39.2.1 水下目标声源定位 245
39.2.2 水下低频声音探测 250
39.2.3 水下目标涡流感知与追踪 254
39.2.4 水下自驱动监测网络 260
39.3 用于水下结构物监测的摩擦纳米发电机 263
39.3.1 水下机械手触觉感知 263
39.3.2 海洋结构物自驱动监测 268
39.3.3 水下障碍物检测和避碰 272
39.4 用于水下无线通信的摩擦纳米发电机 276
39.5 用于水下可穿戴设备的摩擦纳米发电机 280
39.5.1 水下人体运动监测 280
39.5.2 鱼类可穿戴数据监测平台 284
39.6 用于水下感知网络供能的摩擦纳米发电机 289
39.6.1 极低流速海流能量收集 289
39.6.2 海洋物联网供能 294
39.7 挑战与展望 297
39.8 结论 299
参考文献 299
第40章 高效、高耐久的摩擦纳米发电机用于蓝色能源收集 301
40.1 引言 301
40.2 蓝色能源的原创思想 302
40.3 摩擦纳米发电机用于蓝色能源收集的技术优势 303
40.4 器件效率和耐久性的提升策略 305
40.4.1 弹簧协助结构摩擦纳米发电机用于波浪能收集 305
40.4.2 毛刷结构摩擦纳米发电机用于水流能收集 308
40.4.3 摆动结构摩擦纳米发电机用于波浪能收集 313
40.5 蓝色能源摩擦纳米发电机及其网络的能量管理 320
40.5.1 多方向波浪能收集的摩擦纳米发电机 320
40.5.2 拥有集成螺旋单元的摩擦纳米发电机 321
40.5.3 摩擦纳米发电机网络的能量管理 323
40.6 结论 326
参考文献 328
第41章 提高材料的表面电荷密度 331
41.1 引言 331
41.2 接触起电过程中表面电荷的来源 332
41.2.1 不同材料接触起电过程中电荷的来源 332
41.2.2 同种材料接触起电过程中电荷的来源 334
41.2.3 表面电荷来源于外部电荷注入 336
41.3 表面电荷的动态特性 337
41.4 提高表面摩擦电荷密度的方法 340
41.4.1 材料选择 340
41.4.2 表面功能化 342
41.4.3 复合摩擦层 344
41.4.4 工作环境优化 345
41.5 结论 351
参考文献 351