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科研进展|物理与电子工程学院本科生龚少坤在国际顶刊《Advanced Functional Materials》上发表最新研究成果

来源:物理与电子工程学院   作者:物理与电子工程学院   编辑:蔡童   发布日期:2024-06-14   点击数:

近日,物理与电子工程学院2020级物理学专业学生龚少坤以第一作者,陈杰副教授为通讯作者,皇冠最新官网为第一单位,在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》(中科院1区,TOP期刊,影响因子IF=19.0)上发表有关摩擦纳米发电机的最新研究成果:Direct Current Triboelectric Nanogenerator Based on Contact Electrification, Air Breakdown, Electrostatic Induction, and Charge Leakage for Self-powered Applications。

与基于空气击穿的摩擦纳米发电机(TENGs)不同,最新提出的TENG设计具有高输出功率密度,而不需要对放电通道进行精确控制。然而,现有的研究主要将其直流电输出归因于静电感应,而未考虑电荷泄漏的关键因素。这一忽视极大阻碍了设备性能的提升,特别是在材料的选择和优化方面。在这里,直流电信号的产生最终源于材料电荷泄漏和空间静电感应。通过对器件工作过程中四种现象的理论分析、可视化和实验测量,建立了一种四重效应机电转换机制,优化了材料的选择规律。在新的材料规则下,与静电感应直流TENG相比,输出功率密度增加了34.42%。在实际应用中,使用电源管理电路将设备的充电率提高18倍。此外,该装置的高电压可以激活放电型紫外线管,在构建自供电废水处理系统方面显示出巨大的潜力。本文提出的多重电荷行为以及材料的选择规则,为实现直流TENG的高输出功率密度奠定了坚实的基础。

据悉,在陈杰副教授研究团队的指导下,龚少坤在摩擦纳米发电机领域取得了系列研究成果。首先,他提出一种可堆叠的摩擦电磁杂化纳米发电机,构建了一个充分利用TENG高压输出和EMG大电流输出的自供电环境监测系统;其次,基于磁速倍增器提出了一种普适性的分频策略让TENG和EMG在同一驱动源频率下,各自工作在其适合的频率范围,实现杂化发电机的高能量利用效率;最后,创新性地提出了一种利用金属钆的磁卡效应和磁化行为实现热量的定向传导和磁场的有效汇聚从而达到性能自增强的杂化发电机。相关成果分别以题为“Stackable Direct Current Triboelectric-Electromagnetic Hybrid Nanogenerator for Self-Powered Air Purification and Quality Monitoring”发表在国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》(中科院1区,TOP期刊,影响因子IF=27.8,龚少坤第二作者); “A Magnetic-Multiplier-Enabled Hybrid Generator with Frequency Division Operation and High Energy Utilization Efficiency”发表在国际顶级期刊《Research》(中科院1区,影响因子IF= 11.0, 《Science》合作期刊,龚少坤共同一作)、 “Achieving Self-Reinforcing Triboelectric-Electromagnetic Hybrid Nanogenerator by Magnetocaloric and Magnetization Effects of Gadolinium”发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》(中科院1区,TOP期刊,影响因子IF=29.4,龚少坤第一作者)。

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