Triboelectric Nanogenerator, der auf einer schwebenden 3D-Spiralstruktur basiert, als Vibrations- und Positionierungssensor sowie Wellenenergie-Erzeuger

Eine instabile mechanische Struktur, die sich beim Stören selbst balancieren kann, ist eine überlegene Wahl für die Ernte von Vibrationsenergie und die Vibrationsdetektion. In dieser Arbeit wird eine schwebende 3D-Spiralstruktur mit einem triboelektrischen Nanogenerator (TENG) für Energieerzeugungs- und Sensoranwendungen kombiniert. Der neu gestaltete TENG im vertikalen Kontakt-Trennungsmodus hat eine breite Arbeitsbandbreite von 30 Hz im Bereich niederfrequenter Schwingungen mit einer maximalen Ausgangsleistungsdichte von 2,76 W/m² bei einer Last von 6 MΩ. Die Position einer in der Ebene liegenden Vibrationsquelle wurde bestimmt, indem TENGs in mehreren Positionen als multikanalige, selbstbetriebsfähige aktive Sensoren platziert wurden, und der Standort der Vibrationsquelle wurde mit einem Fehler von weniger als 6 % ermittelt. Die Magnitude der Vibration wird auch durch die Ausgangsspannung und das Ausgangsstromsignal des TENG gemessen. Durch die Integration des TENG in eine Schwimmkugel wurde die Ernte von Wellenenergie an der Wasseroberfläche demonstriert und zur Beleuchtung verwendet, was großes Potenzial für Anwendungen in der Meereswissenschaft und der Umwelt- bzw. Infrastrukturüberwachung zeigt.