近日，物理與電子工程學院2020級物理學專業學生龔少坤以第一作者，陳杰副教授為通訊作者，重慶師范大學為第一單位，在國際頂級期刊《Advanced Functional Materials》（中科院1區，TOP期刊，影響因子IF=19.0）上發表有關摩擦納米發電機的最新研究成果：Direct Current Triboelectric Nanogenerator Based on Contact Electrification, Air Breakdown, Electrostatic Induction, and Charge Leakage for Self-powered Applications。
與基于空氣擊穿的摩擦納米發電機（TENGs）不同，最新提出的TENG設計具有高輸出功率密度，而不需要對放電通道進行精確控制。然而，現有的研究主要將其直流電輸出歸因于靜電感應，而未考慮電荷泄漏的關鍵因素。這一忽視極大阻礙了設備性能的提升，特別是在材料的選擇和優化方面。在這里，直流電信號的產生最終源于材料電荷泄漏和空間靜電感應。通過對器件工作過程中四種現象的理論分析、可視化和實驗測量，建立了一種四重效應機電轉換機制，優化了材料的選擇規律。在新的材料規則下，與靜電感應直流TENG相比，輸出功率密度增加了34.42%。在實際應用中，使用電源管理電路將設備的充電率提高18倍。此外，該裝置的高電壓可以激活放電型紫外線管，在構建自供電廢水處理系統方面顯示出巨大的潛力。本文提出的多重電荷行為以及材料的選擇規則，為實現直流TENG的高輸出功率密度奠定了堅實的基礎。
據悉，在陳杰副教授研究團隊的指導下，龔少坤在摩擦納米發電機領域取得了系列研究成果。首先，他提出一種可堆疊的摩擦電磁雜化納米發電機，構建了一個充分利用TENG高壓輸出和EMG大電流輸出的自供電環境監測系統；其次，基于磁速倍增器提出了一種普適性的分頻策略讓TENG和EMG在同一驅動源頻率下，各自工作在其適合的頻率范圍，實現雜化發電機的高能量利用效率；最后，創新性地提出了一種利用金屬釓的磁卡效應和磁化行為實現熱量的定向傳導和磁場的有效匯聚從而達到性能自增強的雜化發電機。相關成果分別以題為“Stackable Direct Current Triboelectric-Electromagnetic Hybrid Nanogenerator for Self-Powered Air Purification and Quality Monitoring”發表在國際頂級期刊《Advanced Energy Materials》（中科院1區，TOP期刊，影響因子IF=27.8，龔少坤第二作者）； “A Magnetic-Multiplier-Enabled Hybrid Generator with Frequency Division Operation and High Energy Utilization Efficiency”發表在國際頂級期刊《Research》（中科院1區，影響因子IF= 11.0, 《Science》合作期刊，龔少坤共同一作）、 “Achieving Self-Reinforcing Triboelectric-Electromagnetic Hybrid Nanogenerator by Magnetocaloric and Magnetization Effects of Gadolinium”發表在國際頂級期刊《Advanced Materials》（中科院1區，TOP期刊，影響因子IF=29.4，龔少坤第一作者）。
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