摩擦纳米发电机等效电路模型研究

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1、ZTETECHNOLOGYJOURNAL摩擦纳米发电机等效电路模型研究魏子钧等专题DOI：10.19729/j.cnki.1009-6868.2018.05.007网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1228.TN.20181015.1040.001.html摩擦纳米发电机等效电路模型研究EquivalentCircuitModelsofTriboelectricNanogenerators中图分类号：TN929.5文献标志码：A文章编号：1009-6868(2018)05-0035-0051魏子钧/WEIZijun

2、耿来鑫/GENGLaixin2摘要：推导出了摩擦纳米发电机（TENG）的电路方程，由此建立了TENG等效电边森/BIANSen1路，并进行了PSpice仿真。该项工作对后续TENG的发电机理论分析、能量管理电路开发等工作提供了理论依据和实际物理模型。（1.中国移动通信有限公司研究院，北京100053；2.北京交通大学，北京100044）关键词：TENG；能量收集；等效电路；机械能(1.TheResearchInstitutionofChinaMobile,Beijing100053,China;Abstract:Inthispaper,thecircuitequa

3、tionoftriboelectricnanogenerators(TENG)is2.BeijingJiaotongUniversity,Beijingderived.Then,theequivalentcircuitofTENGisestablishedandthePSpicesimulation100044,China)iscarriedout.Thisworkprovidestheoreticalbasisandactualphysicalmodelforthesubsequenttheoreticalanalysisofgeneratorsandenerg

4、ymanagementcircuitdevelopmentofTENG.Keywords:TENG;energyharvesting;equivalentcircuit;mechanicalenergy着便携式电子设备、传感器低随功耗电子设备应用的快速增长，从周围环境收集机械能量驱动这些设备的可持续电源的研究已经引材料、结构、工艺等多方面进一步优TENG可分为导体-介质型（c-d）和介起了全世界的关注。迄今为止，基于化提升器件的输出性能；另一方面，质-介质型（d-d）2种。其中c-d型和压电[1-4]、电磁[5-6]效应的能量收集技术面向TENG的电源管理电路、信

5、号处d-d型TENG输出特性具有相同的数证明了收集环境机械能的可行性。理电路、能量存储元件开发等电路开学表达式，以下我们以c-d型TENG其中，电磁式收集方法密度低、集成发工作也是实用化的关键环节，这需为例进行分析。度差、成本高；压电式收集法中的压要从TENG发电的物理过程出发，建如图1所示，c-d型TENG的2个电材料若在较大应变下工作，压电陶立等效电路模型和仿真，分析整个系摩擦电层在外界激励作用下受迫彼瓷会出现电疲劳，使电性能下降[7-8]，统的输出性能。Niu等人[17]对TENG此接触，然后在自身弹力作用下发生且该过程不可逆。近几年发明的摩的机理进行了详细

6、分析，理论与实验分离。2个摩擦电层之间的距离设为擦纳米发电机（TENG）因结构简单、结果吻合较好。然而，在Niu的理论x(t)。2个摩擦层接触后，忽略表面电可靠性高、无污染等优点[9-12]，为能量中，摩擦带电是通过指定的现象参数收集技术提供了全新的思路和方案。表面摩擦电荷密度（σ0）来考虑的，仅金属1通过近几年的研究，TENG的面分析了电场的输出，忽略了内部高阻积功率密度达到了313W/m2，体积功损耗，这并不具有实际的物理意义。x(t)率密度达到了490kW/m3[13]，机械能转本文从接触-分离式TENG的物理图V换效率最高已达85％左右[14]。TENG像

7、出发，推导得到等效电路方程和电已被用作直接电源给手机电池充电，路模型，最后我们用PSpice实现TENGd绝缘体并可作为自供电有源传感器[15-16]。然的电学仿真，为TENG开发和优化设计金属2而，TENG的实际广泛应用还需要解提供理论指导。决2方面的难题：一方面仍然需要从d：绝缘体材料厚度x(t)：2个摩擦电层1TENG建模和等效电路t：时间之间的距离V：电位差方程收稿日期：2018-07-18▲图1导体-介质（c-d）型摩擦纳米网络出版日期：2018-10-15在Niu的工作中，我们了解到发电机的物理模型2018年10月第24卷第5期Oct.2018Vol.

8、24No.