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  北京石油化工學(xué)院楊丹副教授聯(lián)合中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所陳翔宇研究員，利用摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG)成功研制出自驅(qū)動離子聚合物金屬復(fù)合材料(IPMC)系統(tǒng)，即TENG-IPMC系統(tǒng)。相關(guān)研究成果的學(xué)術(shù)論文“Ionic polymer-metal composites actuator driven by the pulse current signal of triboelectric nanogenerator”于2019年10月1日發(fā)表在Elsevier旗下的SCI期刊《Nano Energy》上。楊丹副教授為論文第一作者，陳翔宇研究員為通訊作者，北京石油化工學(xué)院為論文第一完成單位。

  IPMC是一種電活性聚合物，在電場刺激作用下能發(fā)生形變，被稱為“人工肌肉”。但是IPMC需要外接直流電源，這嚴(yán)重限制了IPMC的實際應(yīng)用。2012年，摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG)的概念首次被王中林院士提出，TENG能將外界環(huán)境中材料的接觸分離或者摩擦產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，具有高輸出、低成本、結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單及環(huán)境友好等優(yōu)點，不僅可作為能源，而且可作為自供電傳感器。將IPMC與TENG結(jié)合，利用TENG多次運(yùn)動周期產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移電荷可以有效驅(qū)動IPMC，這就為以TENG的電流作為控制信號開發(fā)了新方法。與直流電源相比，TENG-IPMC系統(tǒng)只需直流電源0.1%的轉(zhuǎn)移電荷即可達(dá)與其相同的偏轉(zhuǎn)角度，同時通過調(diào)控TENG的設(shè)計參數(shù)可以精準(zhǔn)控制IPMC的驅(qū)動性能。所研發(fā)的TENG-IPMC系統(tǒng)作為智能電驅(qū)動，可應(yīng)用于自供電機(jī)器手、可調(diào)諧激光控制器、液體中移動的柔性機(jī)器人等。

圖1 (a)為IPMC中的電極制備過程，(b)為 IPMC電極的微觀形貌，(c)為IPMC的驅(qū)動原理，(d)為IPMC的離子嵌入機(jī)制。

圖2 (a)和(b)為TENG-IPMC在不同轉(zhuǎn)移電荷和摩擦面積下的驅(qū)動性能，(c)為IMPC在直流電源下不同轉(zhuǎn)移電荷的驅(qū)動性能，(d)為TENG-IPMC的循環(huán)性能，(e)為IPMC在不同摩擦面積TENG下的阻滯力，(f)為IPMC在直流電源下的阻滯力，(g)就空氣環(huán)境中IPMC在直流電源和TENG驅(qū)動下的性能進(jìn)行了對比。

圖3展示了TENG-IPMC的實際應(yīng)用：(a)和(b)為TENG-IPMC夾持物體，(c)和(d)為TENG驅(qū)動IPMC光線移動，(e)為TENG驅(qū)動IPMC在液相環(huán)境中的致動效果實驗圖，(f)為TENG應(yīng)用在魚尾的示意圖。

  《Nano Energy》期刊主題為“納米材料或納米器件在能源相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用”，主要收錄與主題相關(guān)的實驗和理論研究工作。該期刊在2019年中國科學(xué)院SCI期刊分區(qū)表中屬于工程技術(shù)類1區(qū)Top期刊，最新影響因子為15.548，五年平均影響因子為15.280。

  論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519308468