NML综述 | 葡萄牙Kholkin教授等：收集机械能量的摩擦电磁混合纳米发电机

2. 对旋转、钟摆、线性、滑动、悬臂、柔性叶片、多维和磁电混合技术进行了全面分析。

3. 摩擦电磁混合纳米发电机在小规模和大规模供电方面具有潜在的应用。

图1. 基于摩擦电效应和静电感应的组合现象的接触分离TENG的工作循环示意图。

图2. TENG的四种操作模式，包括垂直接触分离、横向滑动、单电极和独立层模式。

1.2 电磁纳米发电机(EMGs)的工作机制 

EMG是目前最常用的发电机类型，基于电磁感应现象或通过变化的磁通量在线圈中产生电动势。由电流驱动的永磁体或线圈用于产生静态或随时间变化的磁场。然后，通过随时间变化的磁场或其相对于磁场线的运动或变形在线圈中感应电动势。根据楞次定律，所产生的电流会产生与磁通量变化相反的磁场，从而通过动量守恒产生与其相对运动(即阻尼)相反的力。

E-TENG的设计配置至关重要，因为它显著影响发电效率、机械输入类型(旋转、平移或任意)以及输入幅度和频率的操作范围。EMG和TENG两个系统使用不同的架构进行集成，并针对不同类型的机械输入，包括旋转、线性和多维运动。

2.1 旋转发电机 

图4. 基于旋转架构的混合E-TENG技术。

图5. 基于钟摆架构的混合E-TENG技术。

图6. 基于线性架构的混合E-TENG技术。

图7. 基于滑动架构设计的混合E-TENG技术。

图8. 基于悬臂架构设计的混合E-TENG技术。

图9. 基于灵活架构的混合E-TENG技术。

图10. 基于多维架构设计的混合E-TENG技术。

2.8 磁电发电机

图11. 混合磁-机械-摩擦电技术。

不同类型的混合E-TENG技术的特点：

(1) 旋转E-TENG特别适合从水流和风流中获取能量。

(2) 钟摆发生器与重力势能和动能之间的有效转换相关。

(3) 具有线性结构的发电机可用于从各种振动源收集能量，包括生物力学、过往车辆、工作机械和蓝色能源。

(4) 滑动发生器类似于线性发生器，尽管它们需要更大的横截面积与长度之比，并且大多对横向滑动或类似剪切的运动敏感。

(5) 悬臂形发生器能够提供低频尖锐共振峰，以及沿结构长度的大应变和应力。

(6) 柔性叶片发电机包括薄的柔性板，它们对微弱的气流很敏感，因此非常适合收集气流能量。

(7) 多维发电机能够从各种运动和振动源中提取动力。磁电发电机能够将机械能和磁场能量转换为电能。

IV 结论与展望