摩擦纳米发电机作为一种新兴的环境能量转换与传感技术，因结构灵活、可低频起效、兼具发电与传感能力等优势，近年来迅速发展为多源能量采集、低功耗感知、海洋污染处理等交叉前沿的重要技术支撑手段。本书全面总结了摩擦纳米发电机在海洋工程领域的基础理论、关键器件设计、能量集成机制及工程应用路径，覆盖波浪能、海流能、振动能等典型可再生能源的摩擦电采集与转换，系统阐述了其在水下流场感知、船舶姿态监测、液位探测、水下通信及海洋污染控制等实际场景中的多模态功能拓展，构建了从原理建模到系统集成的理论技术框架，具有鲜明的交叉性、前瞻性和系统性。本书为构建新一代海洋分布式自供能网络、智能传感系统和绿色防护方案提供了系统指导，具有显著的经济效益和社会效益潜力。

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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1章 概论 1
1.1 引言 1
1.2 摩擦纳米发电机的发展概况 2
1.2.1 技术起源 2
1.2.2 技术发展阶段与关键突破 3
1.2.3 代表性进展汇总 5
1.3 TENG在海洋工程中的应用价值和潜力 7
1.4 全书架构与内容简介 8
参考文献 9
第2章 摩擦纳米发电机的基础理论 11
2.1 引言 11
2.2 理论基础 12
2.2.1 CE发生的原子间距条件 13
2.2.2 CE电荷转移受体与驱动力 15
2.2.3 液-固界面CE效应与双电层的形成 17
2.3 TENG理论建模与数理分析 18
2.3.1 接触分离式 18
2.3.2 水平滑动式 25
2.3.3 单电极模式 26
2.3.4 独立层模式 26
2.3.5 滚动模式 27
2.3.6 纳米发电机的基础理论与麦克斯韦方程组的拓展 27
2.4 TENG的性能评价与优化 29
2.4.1 评价方法和衡量指标 29
2.4.2 介电材料摩擦电序列的量化 31
2.4.3 材料选择与优化 31
2.4.4 结构设计 34
2.4.5 电路管理 35
参考文献 37
第3章 基于摩擦纳米发电机的波浪能收集 39
3.1 引言 39
3.2 波浪能摩擦纳米发电机的主要构型 40
3.2.1 多层结构 40
3.2.2 通道结构 43
3.2.3 转动结构 48
3.2.4 弹性结构 53
参考文献 58
第4章 基于摩擦纳米发电机的海流能收集 60
4.1 引言 60
4.2 海流能摩擦纳米发电机的分类 61
4.2.1 刚性结构摩擦纳米发电机 61
4.2.2 柔性结构摩擦纳米发电机 68
4.2.3 仿生结构摩擦纳米发电机 74
4.3 海流能摩擦纳米发电驱动的自供电水下观测系统 78
参考文献 82
第5章 复合式发电机及复合能源收集 83
5.1 引言 83
5.2 摩擦-电磁复合型波浪能收集 84
5.2.1 钟摆结构 84
5.2.2 滚动结构 89
5.2.3 旋转结构 93
5.2.4 磁悬浮阻尼结构 97
5.3 摩擦-电磁复合型海流能收集 98
5.4 波浪能-风能复合能量收集 101
5.5 波浪能-太阳能复合能量收集 103
5.6 其他复合能量收集 105
参考文献 108
第6章 基于摩擦纳米发电网络的大规模蓝色能源收集 111
6.1 引言 111
6.2 波浪能摩擦纳米发电机组网 111
6.2.1 平面发电网络 112
6.2.2 立体发电网络 119
6.2.3 TENG网络的输出能量管理 122
6.3 海流能摩擦纳米发电机组网 125
6.4 未来展望 131
参考文献 132
第7章 基于摩擦纳米发电机的振动能收集 135
7.1 引言 135
7.2 船舶机械振动能收集 136
7.2.1 介电球型振动能量收集装置 136
7.2.2 弹簧辅助结构振动能量收集装置 144
7.2.3 附加质量膜结构振动能量收集装置 154
7.2.4 柔性介电层振动能量收集装置 163
7.2.5 环形钻杆振动能量收集装置 174
7.3 船舶机械噪声能收集 185
7.3.1 亥姆霍兹谐振结构噪声能收集装置 185
7.3.2 多管亥姆霍兹谐振结构噪声能收集装置 193
7.3.3 四分之一波长谐振器辅助的噪声能收集装置 200
7.4 结论与展望 204
参考文献 205
第8章 基于摩擦纳米发电机的海洋环境感知 209
8.1 引言 209
8.2 波浪自驱动感知 209
8.3 流动自驱动感知 215
8.3.1 海流流速感知 215
8.3.2 流场中微扰感知 219
8.4 风速自驱动感知 229
8.4.1 旋转风杯式风速感知 229
8.4.2 颤振薄膜式TENG风速感知 235
8.5 海洋生化参数感知 241
参考文献 254
第9章 基于摩擦纳米发电机的船舶环境感知 256
9.1 引言 256
9.2 船舶机械振动感知 257
9.2.1 谐振式船舶振动传感器 257
9.2.2 非谐振式船舶振动传感器 264
9.3 船舶姿态感知 270
9.3.1 基于TENG的船舶姿态传感器 270
9.3.2 TENG辅助式船舶姿态传感器 274
9.4 船舶液位感知 277
9.4.1 基于固-液摩擦纳米发电机的液位传感 277
9.4.2 基于固-固摩擦纳米发电机的液位传感 281
9.4.3 基于液-液摩擦纳米发电机的液位传感 284
9.4.4 基于摩擦纳米发电机的双模态液位传感 286
参考文献 288
第10章 基于摩擦纳米发电机的水下触觉感知 290
10.1 引言 290
10.2 仿海豹胡须触觉传感器 291
10.2.1 海豹胡须触觉感知机制 291
10.2.2 基于海豹胡须触觉感知机制的摩擦电仿生传感器设计 295
10.2.3 仿海豹胡须传感器在水下流场感知中的应用 296
10.3 人工侧线传感器 299
10.3.1 鱼类侧线感知机制 299
10.3.2 基于摩擦纳米发电机的人工侧线传感器 301
10.3.3 基于人工侧的水下环境感知 302
10.4 仿触手型触觉传感器 304
10.4.1 仿触手型触觉感知机制 304
10.4.2 基于摩擦纳米发电机的仿触手型触觉传感器 309
10.4.3 仿触手型触觉传感器在实际作业中的应用 311
10.5 总结 317
参考文献 319
第11章 基于摩擦纳米发电机的水下无线通信 321
11.1 引言 321
11.2 基于摩擦纳米发电机的水下声学通信 322
11.2.1 水下声学换能器 322
11.2.2 低频声学信号接收器 327
11.2.3 高频声学信号接收器 331
11.3 基于摩擦纳米发电机的水下光学通信 335
11.3.1 水下光-机-电耦合系统 335
11.3.2 光信号调制器 341
11.3.3 光信号人机互动系统 345
11.4 基于摩擦纳米发电机的水下电场通信 350
11.4.1 麦克斯韦位移电流通信 350
11.4.2 基于空间体积效应的水下电场通信性能提升 354
11.4.3 电场通信的人机交互应用 358
11.5 摩擦纳米发电机用于水下无线通信的挑战与展望 364
11.6 总结 365
参考文献 366
第12章 基于摩擦纳米发电机的海洋污染治理与材料防护 368
12.1 引言 368
12.2 TENG在油液处理中的应用 370
12.3 基于TENG的海洋水体杀菌与微生物灭活 378
12.4 基于TENG的海洋金属防护技术 384
12.4.1 TENG驱动的自供电阴极保护技术 384
12.4.2 材料与结构优化增强TENG的金属防腐性能 387
12.4.3 环境能量驱动TENG的海洋防腐应用 391
12.5 总结 394
参考文献 395