梳理：看一看近年来王中林院士和他的团队有哪些研究进展呢？

【人物简介】

王中林，1961年出生于陕西省蒲城县，国际顶尖纳米科学家、能源技术专家，中国科学院外籍院士，欧洲科学院院士，佐治亚理工学院终身教授，中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长，中国科学院大学纳米科学与技术学院院长。

王中林教授主要从事纳米材料科学的理论和应用研究，包括氧化锌纳米材料的合成、表征、生长机理和应用；纳米材料可控生长、表征和应用；纳米能源技术和自驱动纳系统技术；压电电子学和压电光电子学

王中林院士到现在已经在国际一流刊物上发表了超过1300篇期刊论文（其中31篇发表在Science、Nature及Nature子刊上），6本科学专著，超过200项专利。学术论文已经被引用113000次以上，是世界上在材料和纳米技术论文引用次数最多的前五位作者之一。

为方便大家快速预览近年来王中林院士和他的研究团队的科研成就，小编汇总了在材料人上宣传过的成果：

【发表的论文】

1.Nano Energy : 一种基于液-固界面摩擦纳米发电机的高灵敏度波浪传感器及其在智能海工装备的应用

美国佐治亚理工学院王中林院士(通讯作者)等提出并系统地探究了一种基于液固界面摩擦纳米发电机的高灵敏度波浪传感器，并在Nano Energy上发表了题为“A highly-sensitive wave sensor based on liquid-solid interfacing triboelectric nanogenerator for smart marine equipment”的研究论文。上述波浪传感器由铜电极、覆盖具有微结构表面的聚四氟乙烯膜制成。作者系统地研究了传感器基底、波高、频率和盐度对波浪传感器输出性能的影响。结果发现，输出电压随波浪高度呈线性增加。电极宽度为10 mm的波浪传感器，灵敏度为23.5 mV/mm，意味着波浪传感器可以感知毫米范围内的波高。此外，通过加宽电极和/或增强表面疏水性可以进一步提高灵敏度。在波浪水槽中，波浪传感器成功地用于实时监测模拟海上平台周围的波浪信息。因此，新型波浪传感器有望用于智能海工装备周围的波浪信息监测。

文献链接：A highly-sensitive wave sensor based on liquid-solid interfacing triboelectric nanogenerator for smart marine equipment (Nano Energy, 2018, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.12.041)

2.Adv. Funct. Mater.:综合热释电光电子学效应增强的ZnO / Ag肖特基结紫外探测器

北京师范大学的王莹硕士和北京纳米能源与系统研究所的朱来攀博士（共同第一作者）在美国佐治亚理工学院的王中林院士和北京师范大学的王兆娜教授的共同指导下报道了一种利用综合的热释电光电子学效应来设计和制造 ZnO /Ag 肖特基结的自供电柔性 UV PDs。通过利用初级热释电效应使得自供能的 PDs 在 325 nm 光照射下的最大瞬态光响应度可以达到 1.25 mA W^-1，比稳态响应提高 1465 ％。相对持久的二次热释电效应削弱了肖特基势垒的高度，并导致稳态光电流随着光功率密度的增加而减小。当功率密度足够大时，稳态光电流变为反向。基于热释电电势的能带调控作用，研究者们揭示了综合热释电光电子学效应对瞬态和稳态光电流的相应调制机制。研究结果有利于进一步阐明热释电光电子学效应对器件光电流的影响机制，并为进一步优化自供能 PD 性能提供了一种潜在方法。研究成果以题为“Comprehensive Pyro-Phototronic Effect Enhanced Ultraviolet Detector with ZnO / Ag Schottky Junction”发布在国际著名期刊 Adv. Funct. Mater.上。

文献链接：Comprehensive Pyro-Phototronic Effect Enhanced Ultraviolet Detector with ZnO/Ag Schottky Junction（Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201807111）

3.Nano Energy: 用于面内应变映射的柔性Li掺杂ZnO压电晶体管阵列

中科院北京纳米能源与系统研究所的Ming Song（第一作者）在翟俊宜和王中林教授（通讯作者）的指导下，在国际顶级期刊Nano Energy上发表了文章：Flexible Li-doped ZnO Piezotronic Transistor Array for In-plane Strain Mapping。在本研究中，首次展示了基于薄膜的压电式晶体管阵列，对传感单元的压电效应进行了研究和定性表征。单位的应变灵敏度（应变系数）提高至199，这是商用箔规的灵敏度的约100倍。在每个传感单元上进行校准后，通过传感器阵列成功地测量并映射了应用于器件上的应变分布，这显示了基于薄膜的压电式晶体管阵列在高空间分辨率，高灵敏度场的变形传感应用中的巨大潜力。

文章链接：Flexible Li-doped ZnO Piezotronic Transistor Array for In-plane Strain Mapping. (Nano Energy, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.11.013)

4.Adv. Mater.：利用摩擦纳米发电机实现强关联氧化物的动态电子掺杂

 

在佐治亚理工学院王中林院士和中国科学技术大学邹崇文研究员（共同通讯作者）团队的带领下，与西安交通大学和河南科技大学合作，通过集成TENG提出了一种新颖的三端VO₂器件。诱导电子在VO₂通道中出现并消失，通过接触和分离TENG的PTFE和尼龙层来控制。FEA模拟显示VO₂的感应电子平均密度可以高达10¹⁰~10¹¹cm^-2，可以实现更高的密度（≈10¹² cm^-2），以改善TENG-VO₂在真空条件下的性能。实验结果表明，在不同温度下，TENG-VO₂装置可以调节VO₂通道的电阻，VO₂的PTR调节程度更为显著。第一性原理计算结果进一步证实，TENG器件在VO₂中的感应电子掺杂将向上移动EF并逐渐占据3d轨道，从而产生明显的相位调制。目前的研究不仅证明了电荷掺杂以调整相关氧化物的电子态，而且还将TENG的应用扩展到新型tribotronic晶体管或其他相关氧化物器件的开发中。相关成果以题为“Dynamic Electronic Doping for Correlated Oxides by a Triboelectric Nanogenerator”发表在了Adv. Mater.上。

文献链接：Dynamic Electronic Doping for Correlated Oxides by a Triboelectric Nanogenerator（Adv. Mater. ,2018,DOI：10.1002/adma.201803580）

5.AFM：用于自供电医疗产品的多级纳米结构纤维素纤维基摩擦纳米发电机

美国乔治亚理工学院王中林院士、我国四川大学卢灿辉教授（共同通讯作者）和何旭博士（第一作者）、邹海洋博士（共同第一作者）在著名期刊Advanced   Functional  Materials上发表了题为A Hierarchically Nanostructured Cellulose Fiber-Based Triboelectric Nanogenerator for Self-Powered Healthcare Products的文章。本文采用了环保、通用、高效的方法，通过构造多级纳米结构和利用摩擦纳米发电机独特的发电模式，制备了具有去除PM2.5、抗菌和自供电监测人体呼吸的纤维素纤维基摩擦纳米发电机（cf-TENG），阐明了它对改善空气质量和呼吸监测的优异性能。上述成果表明了作者制备的多级纳米结构cf-TENG在用于医疗自供电可穿戴电子器件中有巨大的潜力。

文献链接：A Hierarchically Nanostructured Cellulose Fiber‐Based Triboelectric Nanogenerator for Self‐Powered Healthcare Products（Adv. Funct. Mater. ，2018，DOI：10.1002/adfm.201805540）

6.Adv. Mater.：可拉伸的纱线嵌入式摩擦纳米发电机作为电子皮肤用于生物力学能量采集和多功能压力传感

美国佐治亚理工学院王中林教授课题组开发了一种简单、低成本的方法制备可拉伸的摩擦纳米发电机的方法，其可以用作多功能电子皮肤，并实现了生物力学能量的采集以及多种机械刺激的感知。通过在硅橡胶弹性体中嵌入连续的“链式”栅栏状交错的导电网络，赋予了该种电子皮肤以良好的透明性和拉伸性、高压敏感性以及优异的机械稳定性。研究表明，该摩擦纳米发电机能够点亮高达170个LED，而且其作为多功能传感器能够监测人的诸如动脉脉冲和声音振动等生理信号。该成果以题为”A Stretchable Yarn Embedded Triboelectric Nanogenerator as Electronic Skin for Biomechanical Energy Harvesting and Multifunctional Pressure Sensing”发表在Advanced Materials上。

文献链接：A Stretchable Yarn Embedded Triboelectric Nanogenerator as Electronic Skin for Biomechanical Energy Harvesting and Multifunctional Pressure Sensing  (Adv. Mater. 2018, DOI: 10.1002/adma.201804944)

7.Nano Energy : 柔性摩擦纳米发电机与柔性电池集成构筑可穿戴的自充电电源组

中科院北京纳米能源与系统研究所王中林院士、孙春文研究员、西班牙马德里材料研究所José Antonio Alonso教授(共同通讯作者)等将柔性摩擦纳米发电机(TENG)与柔性电池集成构筑可穿戴的自充电电源组，并在Nano Energy上发表了题为“Structural and Electrochemical Properties of LiMn_0.6Fe_0.4PO₄ as a Cathode Material for Flexible Lithium-ion Batteries and Self-charging Power Pack”的研究论文。作者首先通过中子粉末衍射(NPD)技术研究了Fe掺杂对LiMnPO4(LMP)结构的影响。所制备的LiMn_0.6Fe_0.4PO₄/碳(LMFP/C)材料在1C的电流密度下显示出90 mAh·g^-1的较高比容，是LiMnPO₄/C的约5倍，其具有1000次循环以上的出色循环性能。电化学性能的改善应归因于(Mn,Fe)O₆的较高八面体畸变以及LMFP中锂的各向异性椭球较少而易于Li扩散。之后，作者进一步组装了具有LMFP/C正极和原位聚合电解质的柔性LIB，其表现出优异的柔韧性和可循环性。弯曲300次后，电池没有明显的性能下降。最后，作者将柔性摩擦电纳米发电机(TENG)与柔性电池集成，形成可穿戴的自充电电源组。TENG可以收获机械能并将其转换成电能，为电池充电进而为柔性电致变色膜提供能量。通过每日人体运动，柔性LIB的开路电压(VOC)在约20 min内从3.32V增加到3.51V。

文献链接：Structural and Electrochemical Properties of LiMn0.6Fe0.4PO4 as a Cathode Material for Flexible Lithium-ion Batteries and Self-charging Power Pack (Nano Energy, 2018, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.08.007)

8.Adv. Funct. Mater.: 耦合弹簧及多层结构的球形摩擦纳米发电机高效收集水波能

来自中国科学院北京纳米能源与系统研究所的王中林院士团队在Advanced Functional Materials上发表题为“Spherical Triboelectric Nanogenerators Based on Spring‐Assisted Multilayered Structure for Efficient Water Wave Energy Harvesting”的论文，硕士生肖天笑、梁茜和蒋涛副研究员是论文的共同第一作者。在这项工作中，作者设计了一种基于弹簧及多层结构的球形TENG单元，并组成TENG阵列来收集水波的能量。弹簧结构的引入可以将低频水波运动转化为高频振动，提高了球形TENG的输出性能，而多层结构提高了空间利用率，导致球形单元的输出更高。由于其独特的结构，一个球形TENG单元的输出电流可达120µA，比以往滚动球形TENG单元的输出电流大两个数量级，在水波的触发下，最大输出功率可达7.96 mW。由四个单元集成得到的TENG阵列能够成功驱动几十个LED灯，并为电子温度计供电。这项研究展示了纳米发电机在大规模蓝色能源收集中的重要应用前景。

文献链接：Spherical Triboelectric Nanogenerators Based on Spring‐Assisted Multilayered Structure for Efficient Water Wave Energy Harvesting, (Advanced Functional Materials, 2018, DOI: 10.1002/adfm.201802634)

9.AEM：多功能芯 – 鞘纱用于可持续生物机械能量收集和实时人机交互传感

佐治亚理工学院王中林院士课题组（通讯作者）相关论文“Versatile Core-Sheath Yarn for Sustainable Biomechanical Energy Harvesting and Real-Time Human-Interactive Sensing”发表在能源期刊Advanced Energy Materials（影响因子：16.72）上，第一作者董凯。王中林团队设计并制造了一种具有同轴芯鞘和内置弹簧式螺旋缠绕结构的高度可拉伸的TENG纱线，用于机械能量采集和实时人机交互传感。由于内置弹簧缠绕和芯鞘共轭这两种结构，所开发的TENG纱线具有灵活性，高度可拉伸性，舒适性，持久性以及对各种机械刺激的高度敏感性，旨在采集多种机械能量以及捕获各种类型的人体运动信号。

10.Nano Energy：电荷泵浦实现超高电荷密度摩擦纳米发电机

 

在中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长、佐治亚理工学院校董教授王中林院士和张弛研究员（共同通迅作者）的带领下，许亮博士和布天昭等人组成的研究团队为提高TENG器件的电荷密度，设计了一种具有浮置层结构和电荷泵浦能力的电荷自泵浦摩擦纳米发电机（self-charge-pumping triboelectric nanogenerator, SCP-TENG）器件。所设计的浮置层结构可以积累并束缚超高密度电荷，并产生静电感应效应，电荷泵浦可以持续地向浮置层中泵送电荷，基于两者的SCP-TENG器件在普通环境条件下，实现了1020μC/m²的超高有效表面电荷密度，达到了空气击穿电荷密度阈值的4倍左右，创造了新的电荷密度记录。更为重要的是，这项工作提出了一个简单而普遍的大幅提高TENG的电荷密度以及输出的策略，使得表面电荷密度主要取决于绝缘层的介电强度，因此，在不久的将来仍具有进一步大幅提升的潜力。由于电荷密度的提升不再依赖于更强烈的摩擦，也解决了摩擦生热及器件耐久性的问题。在电磁式发电机中，广泛采用的电磁铁通过电流激发磁场，与此相似，本工作提出采用注入束缚电荷来取代摩擦静电荷而激发电场，这一思想将可能对TENG性能的提升产生重要影响。相关成果以“Ultrahigh Charge Density Realized by Charge Pumping at Ambient Conditions for Triboelectric Nanogenerators”为题发表在了Nano Energy上。

Liang Xu#, Tian Zhao Bu#, Xiao Dan Yang, Chi Zhang*, Zhong Lin Wang*, Ultrahigh Charge Density Realized by Charge Pumping at Ambient Conditions for Triboelectric Nanogenerators, Nano Energy, 2018, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.05.011（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518303264）

11.ACS Nano：超短沟道的压电电子学晶体管

在中科院北京纳米能源与系统研究所所长，佐治亚理工学院校董教授王中林院士和西安电子科技大学秦勇教授的指导下，王龙飞博士、刘书海和殷鑫博士等研究成员制备了一种新型的、沟道只有2 nm的超薄氧化锌压电电子学晶体管，首次将压电电子学效应引入到二维超薄非层状压电半导体材料中。该工作系统地研究了二维超薄氧化锌垂直方向上的压电特性，利用金属-半导体界面处产生的压电极化电荷（即垂直方向上的压电电势）作为栅极电压有效地调控了该器件的载流子输运特性，并且通过将两个超薄压电电子学晶体管串联实现了简易的压力调控的逻辑电路。这项研究证实了压电极化电荷在超短沟道中“门控”效应的有效性，该器件不需要外部栅电极或任何其它在纳米级长度下具有挑战性的图案化工艺设计。这项研究成果开辟了压电电子学效应在二维非层状压电半导体材料的研究，并且在人机界面、能源收集和纳米机电系统等领域具有潜在的应用前景。相关研究成果以  “Ultrathin Piezotronic Transistors with 2 nm Channel Lengths”发表在ACS Nano上。

文献链接：Ultrathin Piezotronic Transistors with 2 nm Channel Lengths (ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b01957)

12.Adv. Mater.: 具有自修复功能的柔性摩擦纳米发电机

美国佐治亚理工学院校董教授王中林院士与H. Jerry Qi教授课题组合作，博士生邓佳楠，博士后匡晓和博士生刘瑞远利用新型塑料vitrimer聚合物制备了一种可以收集生物机械能和探测生物运动信号的摩擦纳米发电机（VTENG）。通过将导电银纳米线网络嵌入到基于热动力双硫键骨架的vitrimer聚合物中，该装置实现了能量收集，信号传感和自修复的独特性能。器件的损伤可以通过结构中的动态化学键在热刺激下得到快速修复，同时也能够实现小面积器件到大面积器件的拼接以及二维到三维的折叠转化。实验不仅展示了VTENG作为柔性、可自修复的压力传感器和生物机械能收集装置，也实现了输出性能随着器件拼接规模增加而增长。与其他类型的柔性发电装置相比，这种器件又具有更长的使用寿命和设计兼容性，是功能聚合物在柔性电子器件中的有效应用。该研究成果以 Vitrimer Elastomer-Based Jigsaw Puzzle-Like Healable Triboelectric Nanogenerator for Self-Powered Wearable Electronics为题，发表在近期的Advanced Materials上 (DOI: 10.1002/adma.201705918)。

文献链接：Vitrimer Elastomer-Based Jigsaw Puzzle-Like Healable Triboelectric Nanogenerator for Self-Powered Wearable Electronics(Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201705918)

13.Materials Today：摩擦纳米发电机阵列结合机器学习助力自供能人机交互系统安全

 

中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长，佐治亚理工学院校董教授王中林院士（通讯作者）课题组研发了一套双因素验证、基于压强增强的击键动力学和摩擦纳米发电机阵列的身份验证和识别系统。此发明里使用的基于摩擦纳米发电机的主动感测硬件在系统完整性方面优于基于传统压力传感器的键盘，并且在信号质量方面优于之前的摩擦电传感器件。课题组首先在基于摩擦电的击键装置里引入了一层新的屏蔽电极用于防止误触，有效地将信号与干扰加噪声比从2db提高到10dB。在不同的按键力度下，所发明的击键装置会产生不同大小的电压信号，从而使得在没有传统压力传感器的情况下也能够体现打字力和手指大小等对电信号的影响，实现压强增强的击键动力学分析。通过采用支持向量机的监督式机器学习算法对提取出的用户特征信息进行训练和识别，可以实现高达98.7%的识别准确率。这是摩擦纳米发电机与机器学习技术的第一次深度融合，该系统可以实现对于用户身份的实时连续监测和识别，具有成本低廉、识别率高、适用性广等特点，在物联网、智慧城市、赛博网络安全、互联网金融中具有广泛的应用前景。相关成果以“Keystroke dynamics enabled authentication and identification using triboelectric nanogenerator array”为题发表在Materials Today上。

文献链接：Keystroke dynamics enabled authentication and identification using triboelectric nanogenerator array (Materials Today, 2018, 10.1016/j.mattod.2018.01.006)

14.Nano energy:混合电解质膜用于固态锂离子电池

中国科学院北京纳米能源与系统研究所孙春文教授、王中林院士（共同通讯）等人在Nano Energy上发表了一篇名为“A Durable and Safe Solid-State Lithium Battery with a Hybrid Electrolyte Membrane”的文章。研究人员首次利用基于Li₇La₃Zr₂O₁₂ 混合固态电解质来设计高性能的固相锂离子电池，混合电解质膜由Li₇La₃Zr₂O₁₂ 和PVDF-HFP 聚合矩阵组成。基于混合电解质膜的固相锂离子电池，在室温下，充放电电流密度为0.5 C时拥有120 mA h g^-1的原始可逆放电容量，而且能高效地储存高频率输出的脉冲能量。

【文献链接】A Durable and Safe Solid-State Lithium Battery with a Hybrid Electrolyte Membrane（Nano Energy，2018，DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.01.028）

15.ACS Nano：耦合摩擦纳米发电机网络高效收集波浪能

中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士课题组首次成功实现了耦合摩擦纳米发电机网络对波浪能的收集，通过网格式TENG网络中各单元的耦合作用，大幅度提升了TENG在真实波浪环境中的工作效能。研究组首先基于紫外改性及掺混微颗粒的硅胶材料构建了高性能TENG单元，实现了电荷量的大幅提升、对微小机械扰动的灵敏响应及良好的耐久性。在低频正弦激励下，单个TENG单元的峰值功率可达1.28毫瓦，平均功率为0.3毫瓦。在单元优化的基础上，构建了4×4排列的16个球形TENG的阵列，整流的单次输出电荷量达2.14微库，在低频激励下可输出5.93毫瓦的峰值功率和2.04毫瓦的平均功率。通过真实波浪环境实验，阐明了网络连接对于提升TENG单元效能的重要作用，提出了三种单元连接策略并构建了相应的网络，其中柔性连接结构显示出更好的效果，相比于未连接的分散单元状态，柔性连接网络的电荷量输出可为未连接的10倍以上。最后，采用耦合TENG网络在水波驱动下为温度计供电，成功采集了水体的温度，证实了其应用于海洋监测仪器供电等领域的潜力。此项研究展示了摩擦纳米发电机网络可作为波浪能收集的一种新颖有效的技术方案，同时也提出了高效的网络连接策略，将可用于向更大规模的单元系统扩展，形成TENG模块和大型网络，为大范围收集海洋波浪能提供了可行的实验方案。相关成果以“Coupled Triboelectric Nanogenerator Networks for Efficient Water Wave Energy Harvesting”为题发表在ACS Nano上。

文献链接：Coupled Triboelectric Nanogenerator Networks for Efficient Water Wave Energy Harvesting (ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.7b08674)

16.Materials Today：基于仿生水母的摩擦纳米发电机可用于收集水波能量和自驱动传感

 

在中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士（通讯作者）的带领下，研究团队陈宝东博士后、唐伟副研究员（共同一作）等人首次研究了一种仿生水母的柔性摩擦纳米发电机（bionic-jellyfish TENG, bjTENG），该发电机结合了仿生模拟水母运动姿态，结构设计和材料制备，利用水压变化作为驱动力，它可以较容易的从低频运动的水波中获取能量并转化为电能。这种新颖的bjTENG拥有了较好柔性和弹性，在PDMS封装外壳保护下，其内部的聚合纳米复合薄膜作为摩擦电层，整个装置通过水面悬浮物固定，可置于不同深度的水中，实现了低频水波运动下的TENG水下发电和自驱动水面温度和波动情况的监测。该发电装置在深度为60 cm、频率为0.75 Hz水中时，稳定输出电压为147 V，电流密度和转移电荷密度达到了11.8 mA/m²和22.1 μC/ m²，可容易点亮几十个绿色LEDs灯。此外，通过自组的自驱动温度传感装置、自驱动无线水波预警系统成功地展示了其实用性、创造性和新颖性。相关成果以题为“Water wave energy harvesting and self-powered liquid-surface fluctuation sensing based on bionic-jellyfish triboelectric nanogenerator” 发表在了Materials Today上。

文献链接：Water wave energy harvesting and self-powered liquid-surface fluctuation sensing based on bionic-jellyfish triboelectric nanogenerator（Materials Today, 2017, DOI: 10.1016/j.mattod.2017.10.006）

17.Adv. Mater. ：基于热释电光电子学效应的宽谱光探测(325-1550 nm)

在佐治亚理工学院教授、中科院北京纳米能源与系统研究所所长王中林院士的指导下，戴叶婧副教授、王幸福博士和彭文博博士等研究人员通过简单的水热合成法制备了基于p-Si/n-CdS异质结的自驱动柔性光探测器件，其光响应范围甚至超出了Si和CdS的本征带隙的限制，展示了从紫外（325 nm）到近红外（1550 nm）波段的宽谱响应，且具有较快的响应速度（几百微秒~几毫秒）。这归因于热释电光电子学效应，利用光诱导出的热释电电势调制载流子的光电过程，从而提高光响应性能。此外，该自驱动光探测器的探测光谱范围可以基于热释电光电子学效应而进一步扩大。相关研究成果以“Self-Powered Si/CdS Flexible Photodetector with Broadband Response from 325 to 1550 nm Based on Pyro-phototronic Effect: An Approach for Photosensing below Bandgap Energy”为题发表在近期的Advanced Materials杂志上（DOI: 10.1002/adma.201705893）。 

文献链接：Powered Si/CdS Flexible Photodetector with Broadband Response from 325 to 1550 nm Based on Pyro-phototronic Effect: An Approach for Photosensing below Bandgap Energy (Adv. Mater. 2018, DOI: 10.1002/adma.201705893)

18.Adv. Mater.:具有形状记忆功能的柔性摩擦纳米发电机

美国佐治亚理工学院的H. Jerry Qi教授与中科院北京纳米能源与系统研究所所长、美国佐治亚理工学院校董教授王中林院士，苏州大学的孙宝全教授合作（共同通讯作者），博士生刘瑞远，博士后匡晓和博士生邓佳楠利用热响应形状记忆聚合物制备了一种可以收集生物机械能和探测生物运动信号的摩擦纳米发电机。通过结合形状记忆材料的独特性能和离子导电液体电极的可流动性，这种摩擦纳米发电机可以随着不同使用要求改变并且维持特定形状。除了能够采集机械能，这种装置还可以作为一种多功能的可穿戴柔性自驱动传感器，该工作展示了功能材料在能量采集器件，自驱动传感器和柔性机器人中的新应用。

文献链接：Shape Memory Polymers for Body Motion Energy Harvesting and Self-Powered Mechanosensing (Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201705195)

19.Nano Energy：由3D打印制成的三维超柔性摩擦纳米发电机

在中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士（通讯作者）的带领下，课题组陈宝东博士后、唐伟副研究员和蒋涛副研究（共同一作）等人首次研究了一种实用的超柔性三维摩擦纳米发电机（3D-TENG），它可以从低频的生物运动中获取能量并转化为电能，来驱动电子器件或为其充电；更加重要的是，该发电设备是通过独特的增材制造技术——混合3D打印实现的。不同于之前基于电介质薄膜作为摩擦电材料的TENG，这种超柔性3D-TENG使用打印的三维复合树脂结构（具有1μm的高印刷精度）和离子水凝胶作为摩擦带电层和电极，实现了TENG的超柔性三维发电结构和高密度集成。它可以应用于生物力学的能量收集（如通常小于3赫兹的人体运动），在约1.3Hz的低频下，瞬时峰值功率密度达到了10.98W/m³，转移电荷密度为0.65mC/ m³。此外，通过自组的自驱动可穿戴设备成功地展示了其实用性、创造性和新颖性，即野外自驱动LED闪烁和蜂鸣器SOS求救信号系统、自驱动智能LED照明鞋以及充电功能。相关成果以题为“Three-dimensional ultraflexible triboelectric nanogenerator made by 3D printing”发表在了Nano Energy上。

文献链接：Three-dimensional ultraflexible triboelectric nanogenerator made by 3D printing（Nano Energy, 2017, DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.12.049 ）

20.Adv. Energy Mater.：柔韧性螺旋结构的摩擦纳米发电机的新发现

纳米能源与系统研究所王中林院士（通讯作者）课题组以硅胶弹簧作为螺旋结构的基体材料，制备了柔韧性很好的摩擦纳米发电机。该螺旋结构的摩擦纳米发电机能够收集任意方向的振动能量，能够将环境激励转换为电能。另外，螺旋结构的摩擦纳米发电机的输出信号，能够作为自供电探测器。相关成果以“A Soft and Robust Spring Based Triboelectric Nanogenerator for Harvesting Arbitrary Directional Vibration Energy and Self-Powered Vibration Sensing” 为题发表在Advanced Energy Materials上。

文献链接：A Soft and Robust Spring Based Triboelectric Nanogenerator for Harvesting Arbitrary Directional Vibration Energy and Self-Powered Vibration Sensing (Adv. Energy Mater., 2017, DOI: 10.1002/aenm.201702432)。

21.ACS Nano：基于液态金属摩擦纳米发电机的加速度传感器

来自西南交通大学的杨维清教授和佐治亚理工学院的王中林教授（共同通讯作者）的课题组在ACS Nano上发表了题为Self-powered Acceleration Sensor Based on Liquid Metal Triboelectric Nanogenerator for Vibration Monitoring的文章，介绍了他们在自驱动加速度传感器上取得的新进展。他们设计了一种基于液态金属摩擦纳米发电机的自驱动加速度传感器，该传感器主要由液态金属以及纳米纤维薄膜组成。应用聚合物纳米纤维结构可以显著提高加速度传感器的输出性能，该加速度传感器的量程达到0-60 m/s²，其灵敏度高达0.26 V·s/m²，当加速度为60 m/s²时，该加速度传感器可以产生15.5 V的电压以及300 nA的电流。使用液态金属则赋予了该加速度传感器优异的耐久性能，在连续测试200 000周期后，传感器的输出电压基本没有变化。该加速度传感器在振动监测、分析以及可穿戴设备中具有极高的应用潜质。

原文链接：Self-powered Acceleration Sensor Based on Liquid Metal Triboelectric Nanogenerator for Vibration Monitoring (ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b03818)

22.Adv. Mater. : 高功率、多功能三维正交编织摩擦纳米发电织物

中科院王中林院士研究团队在Adv.Mater.上发表最新研究成果 “3D Orthogonal Woven Triboelectric Nanogenerator for Effective Biomechanical Energy Harvesting and as Self-Powered Active Motion Sensors”。在该文中，通过结合不锈钢/聚酯混纺纱线、PDMS包覆的能量收集纱线和绝缘结合纱线，研究人员成功构筑了高输出功率的三维正交编织TENG（3DOW-TENG）织物。此3DOW-TENG织物在击打频率为3 Hz时，最大输出功率高达263.36 mW m^-2，远高于传统二维TENG织物。除此之外，自供电的3DOW-TENG织物在生物机械能量收集和运动信号追踪方面性能优异。此研究工作也为多功能自供电织物在可穿戴电子、住宅安保与健康监护等领域的应用提供了新的方向。

文献链接：3D Orthogonal Woven Triboelectric Nanogenerator for Effective Biomechanical Energy Harvesting and as Self-Powered Active Motion Sensors（Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201702648）

23.ACS nano：透明柔性自驱动触觉传感器研制成功

 

在中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林和李从举的指导下，博士生袁祖庆等研究人员基于摩擦纳米发电机的物理传感机制，研制出了一种透明柔性的摩擦传感器阵列（Triboelectric sensing array, 以下简称TSA）。该器件兼具高透明度、可弯曲性和多点触控操作，能够同时实现生物机械能收集、触觉感知、智能解锁等功能。该工作为透明、可弯曲柔性触觉传感器阵列的研究提供了一个全新的视角，研究成果发表在近期的ACS nano（DOI: 10.1021/acsnano.7b03680）上。

文献链接：Transparent and Flexible Triboelectric Sensing Array for Touch Security Applications（ACS Nano,2017,DOI:10.1021/acsnano.7b03680）

24.Nature Communications：超高摩擦电荷密度刷新摩擦纳米发电机性能记录

在中科院北京纳米能源与系统研究所所长、佐治亚理工学院校董教授王中林院士的指导下，王杰研究员、吴昌盛博士生和戴叶婧副教授等研究人员首次利用真空环境和铁电材料将可输出摩擦电荷密度提高了一个数量级、最大输出功率密度提高了两个数量级。基于常规的由铜薄膜和聚四氟乙烯薄膜组成的摩擦纳米发电机，相关科研人员先是利用软接触和碎片结构使摩擦表面得到更为有效的利用，将空气中的摩擦电荷密度从50 µC m^-2增大到120 µC m^-2。接着，利用高真空环境将空气击穿的影响降至最低，把摩擦电荷密度进一步提升到660 µC m^-2，创造新的历史记录。最后，研究人员在聚四氟乙烯薄膜下引入铁电材料，将摩擦起电的表面极化和铁电材料的电滞介电极化进行耦合，使得摩擦电荷密度进一步跳跃到了1003 µC m^-2。这把即使是在普遍低速运动下（2 Hz）的传统摩擦纳米发电机的最大输出功率密度提高了两个数量级，从0.75 W m^-2提高到了50 W m^-2。 相关工作以题为“Achieving ultrahigh triboelectric charge density for efficient energy harvesting”于今年7月20日发表在Nature Communication，通讯作者为北京纳米能源与纳米研究所的王中林院士。 

文献链接：Achieving ultrahigh triboelectric charge density for efficient energy harvesting，http://www.nature.com/articles/s41467-017-00131-4。

25.ACS Nano：压电光电子学效应实现Si基近红外探测器光响应度提高数百倍

在佐治亚理工学院教授、中科院北京纳米能源与系统研究所所长王中林院士的指导下，戴叶婧副教授、王幸福博士和彭文博博士等研究人员首次将压电光电子效应引入到硅基近红外探测器中，在硅基底上通过水热合成压电半导体硫化镉纳米线获得了Si/CdS异质结光探测器，利用压电半导体硫化镉的压电效应来调控非压电半导体材料硅的光电性能。实验结果发现在压电光电子学效应的调控下，光响应度从79.7 mA/W增加到19.4 A/W，且其值最大可增加366倍，优于目前商用的硅基近红外光探测器；器件探测率也提高了两个数量级，其峰值可达到1.8´10¹² cm Hz^1/2/W。同时，响应时间上升沿和下降沿时间分别从63 ms和36 ms降低到9.7 ms 和8.6 ms。相关研究成果以“Largely Improved Near-Infrared Silicon-Photosensing by the Piezo-Phototronic Effect“为题发表在2017年7月的ACS Nano上。

文献链接：Largely Improved Near-Infrared Silicon-Photosensing by the Piezo-Phototronic Effect（ACS Nano, 2017, Doi:10.1021/acsnano.7b02811）

26.Nano Energy：摩擦纳米发电机高效率收集水下超声波能

 

来自中国科学研究院北京纳米能源与系统研究所、佐治亚理工学院的王中林院士（通讯作者）等人提出将摩擦层材料的宏观设计与微观机理相结合收集水下高频超声波振动能, 在透明的亚克力板上的小孔中填充自由运动的小球，当所设计的器件收集外界振动时，孔中自由的小球上下运动，与器件的上、下电极摩擦，电极上产生自由流动的感应电荷。该结构可以同时收集高、低频率的振动能量，表现出优异的输出电性能，其最大的峰值输出电流可达到几百毫安，最大的有效输出电流可达到1.43mA，相对于已有文献报道的数据，提升了2-3个数量级。该结构的器件无需体积较大的能量管理电路，就能够持续不断的驱动各种可穿戴电子设备和日常生活中照明灯，展现出良好的应用前景。相关研究成果以“High Efficient Harvesting of Underwater Ultrasonic Wave Energy by Triboelectric Nanogenerator”为题发表在2017年5月30日的Nano Energy上。

原文链接：High Efficient Harvesting of Underwater Ultrasonic Wave Energy by Triboelectric Nanogenerator（Nano Energy，2017, DOI:10.1016/j.nanoen.2017.04.053. ）

27.Nano Lett.：由压电-光电子效应驱动的发光效率高且衰退低的GaN基紫外发光二极管

来自佐治亚理工学院、中科院国家纳米科学中心的王中林院士和华南师范大学的李述体研究员（共同通讯）等人对GaN基紫外发光二极管进行了研究，所得器件不仅具有增强的发光效率，同时抑制了量子效率降低的现象。相关研究成果以“Simultaneously Enhancing Light Emission and Suppressing Efficiency Droop in GaN Microwire-Based Ultraviolet Light-Emitting Diode by the Piezo-Phototronic Effect”为题发表在了2017年5月10 日的Nano Letters上。

实验中得到了同质的GaN p-n结Ⅲ-氮基发光二极管，并证实了在压电-光电子效应作用下GaN纳米线基p-n结紫外发光二极管的发光效率较高且量子效率衰减被抑制。通过施加-0.12%的垂直于p-n结界面的静电压缩形变，LED的相对外量子效率增强超过了600%，同时，量子效率衰减从46.6%降低到7.5%，对应的起始电流密度移动从10转移到26.7A cm-1。文中还从理论上证实了由压电-光电子效应引起的增强的电子束缚和空穴注入的提高。

文献链接：Simultaneously Enhancing Light Emission and Suppressing Efficiency Droop in GaN Microwire-Based Ultraviolet Light-Emitting Diode by the Piezo-Phototronic Effect（Nano Lett., 2017, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b01004）

28.ACS Nano：一种高效去除颗粒物的方法—摩擦纳米发电机增强型纳米纤维空气过滤器

北京时间5月10日，中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和李从举研究员（共同通讯作者）在ACS Nano上发表最新研究成果“Triboelectric Nanogenerator Enhanced Nanofiber Air Filters for Efficient Particulate Matter Removal”，研究开发了一种高效旋转摩擦纳米发电机（R-TENG）增强型聚酰亚胺（PI）纳米纤维空气过滤器，用于环境气氛中PM的去除。研究人员对不同粒径的PM进行了过滤去除实验，得到了具有指导意义的实验数据。这种空气净化和雾霾处理的方法，具有零臭氧释放和低压降的优异性能。

文献链接：Triboelectric Nanogenerator Enhanced Nanofiber Air Filters for Efficient Particulate Matter Removal（ACS Nano, 2017, DOI:10.1012/acsnano.7b02321）

29.Adv. Funct. Mater.：摩擦纳米发电机最大有效能量输出的主要限制因素—空气击穿效应

北京时间5月2日 ，中科院王中林院士课题组在Adv. Funct. Mater.上发表最新研究成果“Maximized Effective Energy Output of Contact-Separation-Triggered Triboelectric Nanogenerators as Limited by Air Breakdown”，证实空气击穿效应是限制CS模式TENG最大有效功率输出的主要因素。

此次，王中林院士课题组在高阻抗外部负载下，证实在低阈值表面电荷密度为40-50μC m^-2的CS模式TENG中，存在空气击穿效应，限制了TENG的最大有效能量输出。研究人员进一步对不同压力和气体环境等因素进行了探索，为如何降低空气击穿效应的影响提出了解决方案。

文献连接：Maximized Effective Energy Output of Contact-Separation-Triggered Triboelectric Nanogenerators as Limited by Air Breakdown（Adv.Funct.Mater., 2017, DOI:10.1002/adfm.201700049）

30.ACS Nano：摩擦型纳米发电机用于非铂碳基电极电化学降解有机污染物的供能

2012年，王中林研究小组发明的摩擦型纳米发电机(triboelec tricnanogenerator，TENG)可以很方便地将机械能转化为电能，并且相比于传统电化学方法具有自供能，环境适用性好的特点。因此他们在2013年便制备出基于铂电极的摩擦型纳米发电机用于水中污染物处理。虽然铂电极催化作用极好，但是王中林教授和高书燕教授的研究团队仍然想用碳材料，尤其是来源于生物质的碳材料来替代昂贵的铂。最终他们创造性地以豆腐制品为原材料，合成出了碳基材料电极，并用多层连接的摩擦型纳米发电机(multilayer linkage TENG，ML-TENG)供能，通过碳基阳极表面产生的活性氯把有机污染物甲基红（methyl red，MR）分解成了二氧化碳。相关工作以题为“Triboelectric Nanogenerator Powered Electrochemical Degradation of Organic Pollutant Using Pt-Free Carbon Materials”于今年4月5日发表在ACS Nano，通讯作者为北京纳米能源与纳米研究所的王中林院士和河南师范大学的高书燕教授。

文献链接：Triboelectric Nanogenerator Powered Electrochemical Degradation of Organic Pollutant Using Pt-Free Carbon Materials(ACS Nano，2017，DOI: 10.1021/acsnano.7b00422)

31.Nature最新述评：“蓝色能源”之梦

来自中科院北京纳米能源与系统研究所和美国佐治亚理工大学的王中林院士在Nature上发表了题目为“Catch wave power in floating nets”的述评，详细论述了利用纳米发电机收集水波能这种“蓝色能源”的研究进展、可行性以及面临的困难，并对纳米发电机的未来发展给予了厚望。

王中林院士团队一直致力于对纳米发电机的研究，这些器件包括从利用心跳驱动的医学传感器一直到能够发电用于照明、健康和安全的垫子。当某些材料进行摩擦的时候，其表面就会产生静电，收集这些静电的方式比利用压电材料进行发电更为有效和经济。因此，如果能将摩擦纳米发电机大规模应用于实际那是极为激动人心的。但是，现在还面临着以下这些问题需要解决：开发更高效和持久的发电机材料和设计，在开放海域将这些纳米发电机连接为网络，收集能量并将其传输到陆地。

文献链接：Catch wave power in floating nets (Nature, 2017, DOI: 10.1038/542159a)

【综述文章】

1.Adv. Funct. Mater.综述：通过摩擦纳米发电机的高压直接驱动的电响应材料和器件

中国科学院大学的王中林院士和陈翔宇研究员（共同通讯作者）等人，着眼于可以被摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator, TENG）的高输出电压直接驱动的材料和器件，概述了已报导的各种可以与TENG成功结合的应用方向，包括介电弹性体、压电材料、铁电材料等功能材料，静电驱动器、静电空气净化器、以及场发射和质谱仪等智能器件；总结了在选择材料和器件与TENG结合方面的关键因素；总结了在该领域TENG作为直接电源所面临的挑战和对于未来研究的展望。对比其他自驱动电压电源，TENG具有成本低廉、制造工艺简单、设计结构灵活和选材广泛等优点，收集低频机械能可以广泛的应用在智能力学、人机交互系统、智能存储系统、自供电微流控芯片、便携式质谱仪等领域。相关成果以“Electrically Responsive Materials and Devices Directly Driven by the High Voltage of Triboelectric Nanogenerators”为题发表在Advanced Functional Materials上。

文献链接：Electrically Responsive Materials and Devices Directly Driven by the High Voltage of Triboelectric Nanogenerators（Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201806351）。

2.Small综述：集能量收集和储存于一体的可穿戴自充电能源系统

中国科学院北京纳米能源与系统研究所蒲雄研究员、胡卫国研究员和王中林院士（共同通讯作者）研究小组全面总结了自充电能源系统（将摩擦纳米发电机、压电纳米发电机等能量产生设备与电池、电容器等能量存储设备集成在一起）的发展现状，重点强调了独立的器件单元是如何与可穿戴、柔性电子设备集成在一起。该综述以“Toward Wearable Self-Charging Power Systems: The ntegration of Energy-Harvesting and Storage Devices”为题于2017年11月30日发表于Small上。

文献链接：Toward Wearable Self-Charging Power Systems: The Integration of Energy-Harvesting and Storage Devices (small, 2017, DOI: 10.1002/smll.201702817)

3.Nano Energy综述：摩擦纳米发电机网络构筑蓝色能源梦

来自中国科学院北京纳米能源与系统研究所、佐治亚理工学院的王中林院士等人在Nano Energy上发表了题目为“Toward the Blue Energy Dream by Triboelectric Nanogenerator Networks”的综述，介绍了利用TENG技术收集蓝色能源的最近进展。对电磁发电机（EMG）和TENG进行了系统的比较，提出TENG的理论源头是麦克斯韦的位移电流，与EMG有着本质的区别，并论证了TENG在收集低频水波能上的杀手应用。阐述了液固接触起电式、封闭式发电机和发电机网络在水运动能量收集上的最新进展，并对TENG 技术实现蓝色能源梦所面临的挑战进行了 展望。

文献链接：Toward the blue energy dream by triboelectric nanogenerator networks（Nano Energy，2017, 39, 9-23 ）（http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517303890）

4.Adv.Energy Mater. 综述:能源和环境科学中摩擦纳米发电机驱动的自供能电化学过程

佐治亚理工学院的王中林院士和北京科技大学的王宁教授（共同通讯）以“Triboelectric Nanogenerators Driven Self-Powered Electrochemical Processes for Energy and Environmental Science”为题在Advanced Energy Materials上发表综述。文章主要关注了摩擦纳米发电机在高性能能量转换和自供电电化学系统应用两方面的进展，比如光催化分解水、海水淡化、空气净化、降解有机污染物、收集重金属离子等等。

文献链接：Triboelectric Nanogenerators Driven Self-Powered Electrochemical Processes for Energy and Environmental Science. (Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201600665)

本文仅仅汇总了部分研究成果，更多内容请上材料牛查阅，我们也将会持续更新内容。

本文由材料人编辑部编辑。