近日，微纳系统研究中心在《纳米能源》（Nano Energy，影响因子15.4）发表题为“基于一个频率可变的指针式摩擦纳米发电机设计的自供电计数器/计时器应用于风速监测”（A self-powered counter/timer based on a clock pointer-like frequency-tunable triboelectric nanogenerator for wind speed detecting, Nano Energy, 2019,65,104025）的研究论文。
物联网得到了快速的发展，对推动现代工业和信息社会的发展起到了重要作用。为提高生产效率和安全性，传感器成为了必不可少的一部分。但就目前情况，传感器设备大都需要外部供电，定期更换电池，这也成为了一些情况复杂的限制因素。因此在该工作中，研究人员设计了一种可变输出频率的指针式非接触摩擦纳米发电机，可以有效避免材料的磨损。再利用简单的编程软件设计出自供电计数器与计时器，并与风杯结合实现具有良好实时传感的自供电风速传感器，有效针对一些海岛、沙漠等地区的风速监测。
在该工作中，研究人员首先设计实验仿真模型，然后基于不同环境及几何结构对输出性能的影响设计一系列对比实验，以寻找适用于传感器件的最佳实验条件、相关规律和限制条件等。在此基础上，还可以利用电极对称的方式提升器件输出频率，从而提高环境监测的效率和精确度。接下来，研究人员根据已测量的实验数据设计出计数器、计时器及风速传感器。利用输出峰值与转速的规律性，研究人员以Labview软件编写了一系列程序以适用于自供电计数器与精度为0.1秒的计时器。再与风杯结合，利用风杯与风速的正比关系，成功实现风速与指针转速的转化，为设计自供电风速传感器提供便利。该风速传感器采用两个非接触的摩擦材料为电极，有效避免了材料的损耗。而且通过对称电极的方式可以实现输出频率的调节，并结合软件程序实现简单的设计结构和自供电的效果。在器件的耐久性上也做了一定实验，发现其可以长时间的有效工作。
张虎林教授的硕士生肇涛闯为该论文第一作者，张虎林教授和桑胜波教授为共同通讯作者。本研究得到了山西省青年拔尖人才计划、山西省高等学校科技创新项目等的大力支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104025
