北石化杨丹副教授联合中科院纳米能源所陈翔宇研究员《Nano Energy》：利用摩擦纳米发电机驱动离子聚合物金属复合材料取得进展
北京石油化工学院杨丹副教授联合中国科学院北京纳米能源与系统研究所陈翔宇研究员，利用摩擦纳米发电机(TENG)成功研制出自驱动离子聚合物金属复合材料(IPMC)系统，即TENG-IPMC系统。相关研究成果的学术论文“Ionic polymer-metal composites actuator driven by the pulse current signal of triboelectric nanogenerator”于2019年10月1日发表在Elsevier旗下的SCI期刊《Nano Energy》上。杨丹副教授为论文第一作者，陈翔宇研究员为通讯作者，北京石油化工学院为论文第一完成单位。
IPMC是一种电活性聚合物，在电场刺激作用下能发生形变，被称为“人工肌肉”。但是IPMC需要外接直流电源，这严重限制了IPMC的实际应用。2012年，摩擦纳米发电机(TENG)的概念首次被王中林院士提出，TENG能将外界环境中材料的接触分离或者摩擦产生的机械能转化成电能，具有高输出、低成本、结构设计简单及环境友好等优点，不仅可作为能源，而且可作为自供电传感器。将IPMC与TENG结合，利用TENG多次运动周期产生的转移电荷可以有效驱动IPMC，这就为以TENG的电流作为控制信号开发了新方法。与直流电源相比，TENG-IPMC系统只需直流电源0.1%的转移电荷即可达与其相同的偏转角度，同时通过调控TENG的设计参数可以精准控制IPMC的驱动性能。所研发的TENG-IPMC系统作为智能电驱动，可应用于自供电机器手、可调谐激光控制器、液体中移动的柔性机器人等。
图1 (a)为IPMC中的电极制备过程，(b)为 IPMC电极的微观形貌，(c)为IPMC的驱动原理，(d)为IPMC的离子嵌入机制。
图2 (a)和(b)为TENG-IPMC在不同转移电荷和摩擦面积下的驱动性能，(c)为IMPC在直流电源下不同转移电荷的驱动性能，(d)为TENG-IPMC的循环性能，(e)为IPMC在不同摩擦面积TENG下的阻滞力，(f)为IPMC在直流电源下的阻滞力，(g)就空气环境中IPMC在直流电源和TENG驱动下的性能进行了对比。
图3展示了TENG-IPMC的实际应用：(a)和(b)为TENG-IPMC夹持物体，(c)和(d)为TENG驱动IPMC光线移动，(e)为TENG驱动IPMC在液相环境中的致动效果实验图，(f)为TENG应用在鱼尾的示意图。
《Nano Energy》期刊主题为“纳米材料或纳米器件在能源相关领域中的应用”，主要收录与主题相关的实验和理论研究工作。该期刊在2019年中国科学院SCI期刊分区表中属于工程技术类1区Top期刊，最新影响因子为15.548，五年平均影响因子为15.280。
论文原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519308468
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