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作为一种新的能源采集技术，提高摩擦电纳米发电机（TENG）的摩擦电荷密度一直是其在物联网（IoTs）和人工智能（AI）领域大规模应用的关键。

近日，中科院北京纳米能源与系统研究所研究人员报道了一种通过合理设计电极结构的微结构设计来显著提高DC-TENG电荷密度的策略，其限制因素可以描述为：

其中k是与电极结构有关的因子。

基于微结构设计的DC-TENG（MDC-TENG）同时实现了小型化滑块结构和高输出性能。通过调整电极结构（k=50），尺寸为1 cm×5 cm的MDC-TENG的有效表面电荷密度提高到5.4 mC m^-2，是现有各种类型TENGs的两倍多。

特别重要的是，MDC-TENG的电荷密度可以进一步提高，尺寸更大，k值更高。除了高输出性能外，其输出电流还与运动矢量参数（例如速度，加速度和距离）密切相关。

优异的性能使得MDC-TENG在机械能量采集和运动矢量传感方面具有极大的应用潜力。尤其是其小型化和直流输出外部电路简单等优点，为TENGs作为能源或自供电传感器应用于小型电子设备系统或微机电系统（MEMS）提供了一种解决方案。

此外，大型TENGs的电荷密度得到显著提高，也使得其大规模能量收集应用具有极大的应用潜力。

参考文献：

Zhao, Z., Dai, Y., Liu, D. et al. Rationally patterned electrode of direct-current triboelectric nanogenerators for ultrahigh effective surface charge density. Nat Commun 11, 6186 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-20045-y

https://doi.org/10.1038/s41467-020-20045-y