近日，機械工程學部特種潤滑材料團隊與中科院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室摩擦與物理傳感課題組合作，在《Nano energy》（中科院一區，TOP期刊，影響因子17.6）上，發表了粉末摩擦帶電機理方面的研究成果“Gas-solid two-phase flow triboelectric generator for powder triboelectrification energy collection and road early warning”，齊魯工業大學（山東省科學院）為文章的第一單位，機械工程學部2021級研究生王文鵬為文章的第一作者。
粉末材料已廣泛應用于工業各個領域，粉塵顆粒在加工和運輸過程中會攜帶大量電荷。在封閉環境中，粉塵攜帶的電荷可能會產生靜電火花，進而導致爆炸。如果能夠在加工過程中有效消除粉塵攜帶的電荷，就可以顯著減少工業生產中因帶電粉塵而引發的安全隱患。另一方面，粉塵所產生的摩擦電能能否被有效捕獲并用于傳感器的自供電也值得研究。
本研究研制了一種連續氣固兩相流摩擦電納米發電機（GS-TENG），利用粉末-氣流與固體表面的碰撞過程獲取摩擦電。與非連續氣流下的信號相比，連續氣流沖擊下產生的短路電流和輸出電壓信號呈現單向直流峰值特性。此外，為了更全面地分析粉末氣流運動與兩相流摩擦電信號之間的關系，采用高速攝像機記錄電荷產生過程中的運動。結果表明，3 mm 尼龍球在與 PTFE 接觸和分離時產生正常的交流信號，而直徑約 30 μm 的尼龍粉末由于尖端放電的影響而產生直流摩擦電信號。在風速32 m/s、距離5 cm、沖擊角90°時，短路電流和輸出電壓分別可達到最大值20 μA和130 V，可作為電源為63個商用LED供電?；跉夤虄上嗔髂Σ良{米發電機設計了一種自供電道路警示燈，在沙塵天氣下具有應用前景。
圖1氣固兩相流裝置設計及輸出性能(a)DM-TENG裝置示意圖；(b)噴砂槍內部結構；(c) PA6粉末氣流與PTFE碰撞的短路電流；(d)輸出電壓。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.109170
