当沙子移动、跳跃或离开地面并在来袭的风作用下在空气中飞行时，在碰撞过程中会有大量的颗粒通过不对称接触摩擦带电。风沙流中跳跃的沙粒在与沙床上的沙粒频繁碰撞摩擦过程中会获得一定的摩擦电荷，并分布在沙粒的局部表面。摩擦电纳米发电机（TENG）是一种基于摩擦带电和静电感应耦合的高效能量收集技术，近年来在机械能、声能、水滴能、海洋能、风能的能量收集以及诸如力、温度、湿度、加速度和化学传感等领域的自供电传感器等方面受到了广泛的关注。

近日，中科院兰州化物所王道爱研究员，中国海洋大学刘盈，上海交通大学Zhinan Zhang报道了研制了一种新型基于气固两相流的摩擦电纳米发电机（WS-TENG），用于收集风沙环境中的摩擦电能，产生直流输出，并收集连续风沙流动能。

文章要点

1）研究人员设计了一种以聚四氟乙烯（PTFE）为摩擦层的单电极WS-TENG模型，并用沉积物-空气喷射法研究了风沙流与摩擦层表面的摩擦带电现象。

2）结果表明，短路电流（I_sc）和输出电压（V_o）均为直流模式，均随冲击角和进沙量的增加而增大，在18 m s^-1的流速下，I_sc和V_o分别达到2 µA和55 V，作为风沙流动能收集器，可为电容器充电并点亮5个LEDs。

3）由于静电感应和摩擦带电效应的耦合，利用PTFE管对流沙进行预充电可以进一步提高WS-TENG的输出性能。此外，WS-TENG还被用作恶劣沙尘暴环境下风沙运移速率的自供电传感器，从而突显了其在风沙沙漠化演变跟踪和气-固两相流TENG实际传感中的潜在应用。

参考文献

Shiwei Xu, Yange Feng, Ying Liu, Zishuai Wu, Zhinan Zhang, Min Feng, Sainan Zhang, Guoyun Sun and Daoai Wang, Gas-Solid Two-Phase Flow-driven Triboelectric Nanogenerator for Wind-sand Energy Harvesting and Self-powered Monitoring Sensor, Nano  Energy, (2021)

DOI：10.1016/j.nanoen.2021.106023

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106023