01研究背景
基于摩擦电效应、压电效应和热释电效应的纳米发电机(NGs)在能量收集和自供电传感应用领域发展迅速。然而，目前还缺乏标准统一的器件输出性能表征体系，这大大降低了研究结果的可靠性和参考性，阻碍了纳米发电机技术的发展。并且，由于仪器与器件之间的阻抗不匹配，使用商用仪器测量存在高达77.3%的测量误差，导致了一些违反理论的实验现象及错误的实验结果。
02研究内容
中科院北京纳米能源研究所蒋涛研究员与王中林教授团队报道了一种正确表征纳米发电机输出性能的方法。在这项工作中，首先探索了测量仪器对实验结果的影响。通过系统研究仪表电容和TENG等效电容对被测电压的影响，得到了仪器对测量输出的影响规律，深入揭示了其内在原理。一个理想的NG是用已知的电压源和一个电容器串联构成的，以准确表征仪器的测量误差，而这个测量误差也解释了许多实验结果偏离基尔霍夫电压定律的原因。结合TENGs四种工作模式的多物理场仿真，建立了仪器参数优化策略。最后，设计了一种用于NGs输出性能表征的改进型多功能仪器，与商用6514静电计相比，测量误差显著降低。所提出的测量误差和优化策略对于构建NGs的标准表征体系具有重要意义，有利于NGs测量技术的发展和理论研究，以及在自供电传感技术中的应用。相关论文以题“Methods for correctly characterizing the output performance of nanogenerators”在线发表在Nano Energy(DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106884)上。
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