本书是首部系统全面地介绍摩擦纳米发电机的四种工作模式，以及相应的理论模型和计算、器件设计及它们在回收人体活动、振动、风能、海洋能、水流等动能中的广泛应用的专著。同时也系统介绍了摩擦纳米发电机在移动/穿戴/柔式电子产品、生物医学器件、传感网络、物联网、环境保护和传感、基础设施检查和蓝色能源等方面的应用实例。
更多科学出版社服务，请扫码获取。
目录
前言
第1章 摩擦起电和摩擦发电 1
摘要 1
1.1 纳米能源和大能源 2
1.2 摩擦起电效应 3
1.3 摩擦起电的定量化 3
1.4 摩擦起电的材料 8
1.5 范德格拉夫起电机 9
1.6 摩擦纳米发电机 11
1.6.1 垂直接触-分离模式 11
1.6.2 水平滑动模式 12
1.6.3 单电极模式 12
1.6.4 独立层模式 12
1.7 纳米发电机的理论源头：麦克斯韦位移电流 14
1.7.1 麦克斯韦的位移电流 14
1.7.2 压电纳米发电机的理论 15
1.7.3 摩擦纳米发电机的理论 17
1.7.4 纳米发电机的电容模型 18
1.8 展望 19
1.8.1 纳米发电机的三大应用方向 19
1.8.2 麦克斯韦位移电流的未来新兴产业：能源与传感 21
1.8.3 信息领域的“四化” 22
参考文献 24
第2章 垂直接触-分离模式摩擦纳米发电机 27
摘要 27
2.1 基本原理 27
2.2 基础理论 29
2.3 基本器件结构 32
2.3.1 间隔物结构 32
2.3.2 拱形结构 35
2.3.3 弹簧支持的分离结构 38
2.3.4 多层叠加结构 41
2.3.5 微孔洞-纳米颗粒复合结构 43
2.4 总结 47
参考文献 47
第3章 水平滑动式摩擦纳米发电机 49
摘要 49
3.1 基本原理 49
3.2 基础理论 50
3.2.1 一个单元的水平滑动式摩擦纳米发电机 50
3.2.2 栅状结构式摩擦纳米发电机 53
3.3 基本器件结构 61
3.3.1 平面滑动结构 61
3.3.2 栅状电极结构 64
3.3.3 旋转圆盘结构 71
3.3.4 旋转圆柱体结构 75
3.3.5 管状封装结构 78
3.3.6 液态金属结构 79
3.4 能量转化效率 82
3.4.1 固体-固体型 82
3.4.2 固体-液体型 83
3.5 总结 83
参考文献 84
第4章 单电极模式摩擦纳米发电机 86
摘要 86
4.1 基本工作原理概述 86
4.2 基本理论 87
4.2.1 基本工作原理和静电屏蔽效应 87
4.2.2 电极间距的影响 90
4.2.3 面积尺寸大小的影响 92
4.2.4 单元间隙对规模放大的影响 94
4.3 基本的器件结构 94
4.3.1 接触-分离式 94
4.3.2 平面滑动结构 98
4.4 总结 99
参考文献 100
第5章 独立层模式摩擦纳米发电机 102
摘要 102
5.1 滑动式独立层模式摩擦纳米发电机 102
5.1.1 基本原理 102
5.1.2 基本理论 107
5.2 接触式独立层模式摩擦纳米发电机 114
5.2.1 基本原理 115
5.2.2 基本理论 117
5.3 高级器件结构 122
5.3.1 栅状电极结构 122
5.3.2 旋转轮盘状结构1 126
5.3.3 旋转轮盘状结构2 129
5.4 滚动摩擦工作模式 132
5.5 能量转化效率 136
5.6 总结 138
参考文献 138
第6章 摩擦纳米发电机的理论模型 140
摘要 140
6.1 固有电容属性和控制方程 140
6.2 一阶集总参数等效电路模型 142
6.3 电荷参考状态 143
6.3.1 电荷参考状态对摩擦纳米发电机固有特性的影响 144
6.3.2 电荷参考状态选取对摩擦纳米发电机输出特性的影响 145
6.3.3 经典电荷参考状态 146
6.4 阻性负载特征 146
6.4.1 阻性负载特性概述和“三个工作区域” 146
6.4.2 最优电阻负载 151
6.5 容性负载和充电特性 154
6.5.1 摩擦纳米发电机在单向运动下的充电特性 155
6.5.2 摩擦纳米发电机在周期性机械运动中的充电特性 156
6.6 总结 164
参考文献 164
第7章 定量表征摩擦纳米发电机的品质因数 165
摘要 165
7.1 摩擦纳米发电机的工作循环 166
7.1.1 V-Q曲线及其特征 166
7.1.2 能量输出循环 167
7.1.3 最大能量输出循环 168
7.1.4 操作循环的实验验证 171
7.2 摩擦纳米发电机的品质因数 172
7.3 结构品质因数的计算和模拟 173
7.4 材料品质因数的测量 177
7.4.1 表面电荷密度的测量 177
7.4.2 基于归一化电荷密度以及无量纲材料品质因数的定量化摩擦序列 179
7.5 总结 180
参考文献 180
第8章 摩擦纳米发电机收集身体运动能量 183
摘要 183
8.1 组装型摩擦纳米发电机 183
8.2 基于纺织物的摩擦纳米发电机 187
8.2.1 纤维基摩擦纳米发电机 187
8.2.2 纺织物基摩擦纳米发电机 190
8.2.3 纤维基复合纳米发电机 193
8.3 纸基摩擦纳米发电机 196
8.3.1 单张纸基摩擦纳米发电机 196
8.3.2 纸基折纸式摩擦纳米发电机 198
8.4 皮肤基单电极摩擦纳米发电机 201
8.5 滑动式独立层模式摩擦纳米发电机 203
8.6 总结 206
参考文献 206
第9章 摩擦纳米发电机用于振动能采集 208
摘要 208
9.1 基于摩擦纳米发电机的振动能采集的基本工作模式 208
9.1.1 垂直接触-分离式 208
9.1.2 接触单电极模式 211
9.1.3 接触式独立层模式 212
9.2 振动能采集中的高级结构设计 213
9.2.1 多方向振动能采集 213
9.2.2 多层的结构设计 216
9.2.3 基于液体-金属的结构设计 218
9.3 声波能量的采集 219
9.3.1 基于有机薄膜的摩擦纳米发电机 219
9.3.2 可卷曲的纸基摩擦纳米发电机 222
9.4 总结 225
参考文献 225
第10章 摩擦纳米发电机用于收集风能 227
摘要 227
10.1 基于转动结构的风能收集 227
10.1.1 转动式滑动独立层模式的风能摩擦纳米发电机 227
10.1.2 用于风能收集的其他转动结构 231
10.2 基于颤振摩擦起电的风能收集 236
10.2.1 第一种基于颤振片的风能摩擦纳米发电机 236
10.2.2 弹性-空气动力驱动的摩擦纳米发电机 240
10.3 总结 245
参考文献 245
第11章 摩擦纳米发电机网络收集大规模蓝色能源——海洋能 247
摘要 247
11.1 摩擦纳米发电机对水波能的采集 247
11.1.1 基于液体-固体接触起电的摩擦纳米发电机 247
11.1.2 基于摩擦纳米发电机的流体动力能的采集 253
11.1.3 双工作模式的摩擦纳米发电机 255
11.1.4 基于全封闭摩擦纳米发电机的水波动能采集 257
11.2 基于网络状结构摩擦纳米发电机群的海洋能采集 260
11.3 总结 264
参考文献 264
第12章 基于摩擦纳米发电机的复合式发电单元 266
摘要 266
12.1 交流电-交流电复合能量单元 266
12.1.1 电磁-摩擦复合纳米发电机 266
12.1.2 复合型摩擦电-压电/热释电纳米发电机 277
12.2 交流电-直流电复合能量单元 287
12.2.1 复合太阳能电池和摩擦纳米发电机 287
12.2.2 复合热电器件和摩擦纳米发电机 293
12.2.3 复合电化学电池和摩擦纳米发电机 296
12.3 总结 299
参考文献 299
第13章 摩擦纳米发电机在自驱动系统和电化学过程中的应用 302
摘要 302
13.1 摩擦纳米发电机与储能模块集成用于持续驱动便携式电子设备 302
13.1.1 直接集成和变压集成 302
13.1.2 通过能源管理电路板 309
13.2 基于摩擦纳米发电机的自驱动电化学 315
13.2.1 自驱动电化学降解 316
13.2.2 自驱动电解水 319
13.2.3 自驱动防腐蚀 321
13.2.4 自驱动空气过滤 323
13.2.5 自驱动电化学回收金属 327
13.2.6 应用于智能窗系统的自供电电致变色器件 330
13.3 应用于自供电生物刺激的摩擦纳米发电机 333
13.3.1 应用于自供电起搏器的体内植入摩擦纳米发电机 333
13.3.2 用于细胞增殖和分化的植入式自供电激光治疗系统 336
13.4 总结 339
参考文献 340
第14章 基于摩擦纳米发电机的自驱动压力传感器和人机交互系统 344
摘要 344
14.1 自驱动压强/触摸传感器 344
14.1.1 接触-分离模式的自驱动压强传感器 345
14.1.2 单电极模式的自驱动触摸传感器 350
14.1.3 双模式的超灵敏自驱动压强传感器 354
14.2 自驱动触摸成像 357
14.3 自驱动智能键盘 361
14.4 总结 365
参考文献 366
第15章 基于摩擦纳米发电机的振动和生物医学传感 367
摘要 367
15.1 自供电的振动传感器 367
15.1.1 振源的位置追踪 367
15.1.2 振动幅度的测量 370
15.2 声音传感器的自供电录音 371
15.2.1 基于亥姆霍兹共振腔的声音传感器 371
15.2.2 超薄纸基声音传感器 373
15.3 自供电的生物医学监测 374
15.3.1 基于耳膜的仿生薄膜传感器 374
15.3.2 基于薄膜的摩擦纳米传感器 383
15.4 总结 386
参考文献 386
第16章 基于摩擦纳米发电机的移动物体自驱动传感器 388
摘要 388
16.1 自驱动线性位移传感器 388
16.2 自驱动转动传感器 390
16.3 摩擦纳米发电机用来追踪移动物体 392
16.4 自驱动加速度传感器 397
16.5 总结 398
参考文献 399
第17章 基于摩擦纳米发电机的自驱动化学/环境传感器 400
摘要 400
17.1 自驱动化学传感器 400
17.2 自驱动紫外线传感器 405
17.3 自驱动环境监测 408
17.4 总结 415
参考文献 415
附录A 各章符号定义 418
附录B 各章缩写定义 430
附录C 王中林小组在摩擦纳米发电机领域内发表的期刊文章（2012～2016） 436
书单推荐
