Formados por el efecto de acoplamiento de la electrificación por contacto y la inducción electrostática, los nanogeneradores triboeléctricos (TENG) convierten eficazmente la micronanoenergía más ampliamente distribuida en nuestro entorno, incluido el movimiento humano, la brisa, la vibración y la lluvia, en energía eléctrica, proporcionando una solución sostenible. para alimentar una gran cantidad de sensores que el suministro actual de batería no pudo abordar.

Sin embargo, la corriente de salida y la potencia de TENG están limitadas debido a la baja densidad de carga superficial.

Las cargas adquiridas en la superficie triboeléctrica siguen siendo limitadas e inestables, lo que requiere estrategias adicionales para mejorar la corriente de salida y la densidad de potencia. Además, la detección triboeléctrica tiene una resolución deficiente y permanece en la regulación de detección a escala macro. Además, TENG posee una impedancia interna capacitiva inherente, lo que requiere una estrategia efectiva de administración de energía para reducir la impedancia de salida de TENG y satisfacer las demandas de la electrónica y los sistemas autoalimentados.

En respuesta a los desafíos que enfrenta TENG, el grupo del Prof. Chi Zhang del Instituto de Nanoenergía y Nanosistemas de Beijing llevó a cabo tres ramas de la tribotrónica que abordan estos desafíos mediante la incorporación de materiales y tecnologías semiconductores, a saber, el efecto tribovoltaico, el efecto de campo triboeléctrico y Gestión de energía triboeléctrica.

Realizaron dispositivos triboeléctricos con alta densidad de potencia, transistores triboeléctricos con efecto cerrado a nanoescala y sistemas triboeléctricos autoalimentados con suministro de energía de alta eficiencia, y se llevó a cabo la demostración de aplicaciones de nodos de sensores inalámbricos autoalimentados para el campo industrial. /P>

Publicado en Revista Internacional de Fabricación Extrema , esta investigación, al resumir los avances recientes en tribotrónica, tiene como objetivo impulsar el desarrollo de nuevos aparatos triboeléctricos y microsistemas autoalimentados en los campos de la fabricación inteligente, las redes de sensores inalámbricos y el Internet industrial de las cosas.

El profesor Chi Zhang, investigador principal, afirmó:"Con materiales semiconductores en lugar de aislantes como materiales de fricción para TENG, se ha observado la generación de energía de corriente continua, lo que se denomina efecto tribovoltaico. En comparación con el TENG, el generador tribovoltaico no está limitado por la densidad de carga superficial, que aumenta la densidad de corriente en un orden de magnitud y tiene ventajas en la alta densidad de potencia."

El efecto tribovoltaico se produce en la interfaz del semiconductor. Cuando se aplica fricción a la capa dieléctrica en la superficie del semiconductor, el potencial triboeléctrico generado por la fricción se puede utilizar para regular el transporte de portadores en el semiconductor. El coautor Dr. Junqing Zhao dijo:"El potencial triboeléctrico generado por el TENG se puede utilizar como voltaje de puerta en un transistor de efecto de campo, a partir del cual se puede realizar una detección mecánica activa y una detección táctil a nanoescala".

Además de estudiar la electrónica de los sistemas de fricción interfacial, se propone el método de gestión de energía triboeléctrica basado en TENG utilizando tecnología de semiconductores para mejorar la eficiencia del suministro de energía. El Dr. Junqing Zhao cree que "la estrategia de gestión de energía de reducción de impedancia basada en la tecnología de dispositivos semiconductores mejora el efecto de suministro de energía para sensores y microsistemas, lo que abre paso en la aplicación de dispositivos tribotrónicos en el campo de las redes de detección autoalimentadas". P>

El profesor Chi Zhang dijo:"La tribotrónica es un nuevo campo que explora la interacción entre la triboelectricidad y los semiconductores. Por un lado, la investigación se centra en la electrónica de los sistemas de fricción interfacial, como el efecto tribovoltaico y el efecto de campo triboeléctrico, para desarrollar dispositivos tribotrónicos para la energía. conversión, detección activa y control."

"Por otro lado, la investigación se centra en la tecnología triboeléctrica a través de la electrónica, que abarca la modulación de energía, el almacenamiento y la utilización de triboelectricidad, permitiendo así la recolección eficiente de energía micromecánica y proporcionando soluciones de microenergía para la detección distribuida".

"Sin embargo, aún quedan algunos problemas en esta etapa, incluida la investigación en profundidad del mecanismo de conversión de energía por efecto tribovoltaico, el desarrollo de nuevos dispositivos tribotrónicos combinando materiales innovadores con tecnología de fabricación y la mejora de la gestión de la energía triboeléctrica para explorar plenamente su potencial. nuevas aplicaciones electromecánicas "

"Al combinarse con una variedad de disciplinas como la nanoenergía y los sistemas microelectromecánicos, la tribotrónica ampliará las aplicaciones potenciales en nuevos campos como la detección inteligente, la ciencia de la energía, la interfaz hombre-máquina y la biociencia".

Más información: Chi Zhang et al, Tribotronics:un campo emergente mediante el acoplamiento de triboelectricidad y semiconductores, Revista Internacional de Fabricación Extrema (2023). DOI:10.1088/2631-7990/ace669

Proporcionado por la Revista Internacional de Fabricación Extrema