随着科学技术的快速发展，可持续能源的需求不断增加。虽然摩擦纳米发电机（TENG）可以利用各种微弱机械能实现自供电，但在设备运行过程中要受到频繁、直接、长期的机械冲击，严重影响设备的耐久性。因此，研究人员开发了基于静电感应原理的非接触式摩擦纳米发电机（NC-TENGs）。NC-TENGs的摩擦层完全避免直接接触，仅依靠相对运动来发电，从而增强设备的稳定性、延长使用寿命并扩大操作场景，在自供电设备、电子皮肤、人机交互等领域中展现出巨大的潜力。
近日，天津科技大学高萌/张正健团队在《Advanced Functional Materials》期刊上发表题为“Non-Contact Triboelectric Nanogenerator”的综述。该综述系统地综述了NC-TENG从基础理论到实际应用的最新进展。首先介绍了NC-TENG的基本结构和工作原理，然后讨论了器件的结构构造和性能优化方法。此外，还综述了NC-TENG在自动力位置检测系统、非接触人机界面和电能收集等领域的应用。最后，作者展望了NC-TENG面临的重大挑战和潜在机遇。
【文章要点】
与接触模式的TENG不同，NC-TENG在没有摩擦效应时仅依靠静电感应来获取不规则的环境机械能，这意味着两种摩擦材料可以在不直接接触的情况下产生电荷。作者详细论述了NC-TENG依靠静电感应获取电能的原理，并提出了NC-TENG的电子云模型，展示了NC-TENG靠摩擦层间的相对位移将机械能转化为电能的过程。
NC-TENG终端设备可以有效避免与摩擦层频繁的机械相互作用所产生的负面影响，且更多样化的结构设计能够优化电输出，提高设备的多场景功能利用率。作者总结了接近-分离结构、转盘结构、弹簧辅助结构和磁辅助结构，并详细描述了每种结构的优缺点。还讨论了提高电荷保留性能和优化其电学性能的策略，包括调节介电常数、添加电荷捕获中间层和添加电荷捕获中间层。三种策略都可以有效地降低器件运行过程中产生的静电放电现象，增加NC-TENG的电输出。每一种策略都有独特的属性和潜在的缺点，这些方法的选择应取决于给定器件的具体要求和约束条件。
NC-TENG从人类日常生活中收集到的能量可以为使用传统电池或不能直接使用充电设备的传感器提供方便的供电，然后通过终端设备测量和分析，从周围环境中产生的信号推断出更多有用的信息，从而实现自动力实时检测周围环境和物体的位置信息、多领域人机交互界面等功能。虽然NC-TENG在智能传感、人机交互等领域得到了广泛的应用，但在提高输出、应用模式、耐用性、稳定性等方面仍具有挑战性，未来可以重点关注输出增强、机械优化、结构最小化和应用集成等方面，进一步推进NC-TENG的研究。随着功能器件和电子设备的发展，NC-TENG作为一种很有前途的技术，可以在各种场合得到广泛和大规模的应用。
来源：传感器专家网