第1章 摩擦起电和摩擦发电

摘要

1.1纳米能源和大能源

1.2摩擦起电效应

1.3摩擦起电的定量化

1.4摩擦起电的材料

1.5范德格拉夫起电机

1.6摩擦纳米发电机

1.6.1垂直接触-分离模式

1.6.2水平滑动模式

1.6.3单电极模式

1.6.4独立层模式

1.7纳米发电机的理论源头：麦克斯韦位移电流

1.7.1麦克斯韦的位移电流

1.7.2压电纳米发电机的理论

1.7.3摩擦纳米发电机的理论

1.7.4纳米发电机的电容模型

1.8展望

1.8.1纳米发电机的三大应用方向

1.8.2麦克斯韦位移电流的未来新兴产业：能源与传感

1.8.3信息领域的“四化”

参考文献

第2章 垂直接触-分离模式摩擦纳米发电机

摘要

2.1基本原理

2.2基础理论

2.3基本器件结构

2.3.1间隔物结构

2.3.2拱形结构

2.3.3弹簧支持的分离结构

2.3.4多层叠加结构

2.3.5微孔洞-纳米颗粒复合结构

2.4总结

参考文献

第3章 水平滑动式摩擦纳米发电机

摘要

3.1基本原理

3.2基础理论

3.2.1一个单元的水平滑动式摩擦纳米发电机

3.2.2栅状结构式摩擦纳米发电机

3.3基本器件结构

3.3.1平面滑动结构

3.3.2栅状电极结构

3.3.3旋转圆盘结构

3.3.4旋转圆柱体结构

3.3.5管状封装结构

3.3.6液态金属结构

3.4能量转化效率

3.4.1固体-固体型

3.4.2固体-液体型

3.5总结

参考文献

第4章 单电极模式摩擦纳米发电机

摘要

4.1基本工作原理概述

4.2基本理论

4.2.1基本工作原理和静电屏蔽效应

4.2.2电极间距的影响

4.2.3面积尺寸大小的影响

4.2.4单元间隙对规模放大的影响

4.3基本的器件结构

4.3.1接触-分离式

4.3.2平面滑动结构

4.4总结

参考文献

第5章 独立层模式摩擦纳米发电机

摘要

5.1滑动式独立层模式摩擦纳米发电机

5.1.1基本原理

5.1.2基本理论

5.2接触式独立层模式摩擦纳米发电机

5.2.1基本原理

5.2.2基本理论

5.3高级器件结构

5.3.1栅状电极结构

5.3.2旋转轮盘状结构1

5.3.3旋转轮盘状结构2

5.4滚动摩擦工作模式

5.5能量转化效率

5.6总结

参考文献

第6章 摩擦纳米发电机的理论模型

摘要

6.1固有电容属性和控制方程

6.2一阶集总参数等效电路模型

6.3电荷参考状态

6.3.1电荷参考状态对摩擦纳米发电机固有特性的影响

6.3.2电荷参考状态选取对摩擦纳米发电机输出特性的影响

6.3.3经典电荷参考状态

6.4阻性负载特征

6.4.1阻性负载特性概述和“三个工作区域”

6.4.2最优电阻负载

6.5容性负载和充电特性

6.5.1摩擦纳米发电机在单向运动下的充电特性

6.5.2摩擦纳米发电机在周期性机械运动中的充电特性

6.6总结

参考文献

第7章 定量表征摩擦纳米发电机的品质因数

摘要

7.1摩擦纳米发电机的工作循环

7.1.1 V-Q曲线及其特征

7.1.2能量输出循环

7.1.3最大能量输出循环

7.1.4操作循环的实验验证

7.2摩擦纳米发电机的品质因数

7.3结构品质因数的计算和模拟

7.4材料品质因数的测量

7.4.1表面电荷密度的测量

7.4.2基于归一化电荷密度以及无量纲材料品质因数的定量化摩擦序列

7.5总结

参考文献

第8章 摩擦纳米发电机收集身体运动能量

摘要

8.1组装型摩擦纳米发电机

8.2基于纺织物的摩擦纳米发电机

8.2.1纤维基摩擦纳米发电机

8.2.2纺织物基摩擦纳米发电机

8.2.3纤维基复合纳米发电机

8.3纸基摩擦纳米发电机

8.3.1单张纸基摩擦纳米发电机

8.3.2纸基折纸式摩擦纳米发电机

8.4皮肤基单电极摩擦纳米发电机

8.5滑动式独立层模式摩擦纳米发电机

8.6总结

参考文献

第9章 摩擦纳米发电机用于振动能采集

摘要

9.1基于摩擦纳米发电机的振动能采集的基本工作模式

9.1.1垂直接触-分离式

9.1.2接触单电极模式

9.1.3接触式独立层模式

9.2振动能采集中的高级结构设计

9.2.1多方向振动能采集

9.2.2多层的结构设计

9.2.3基于液体-金属的结构设计

9.3声波能量的采集

9.3.1基于有机薄膜的摩擦纳米发电机

9.3.2可卷曲的纸基摩擦纳米发电机

9.4总结

参考文献

第10章 摩擦纳米发电机用于收集风能

摘要

10.1基于转动结构的风能收集

10.1.1转动式滑动独立层模式的风能摩擦纳米发电机

10.1.2用于风能收集的其他转动结构

10.2基于颤振摩擦起电的风能收集

10.2.1第一种基于颤振片的风能摩擦纳米发电机

10.2.2弹性-空气动力驱动的摩擦纳米发电机

10.3总结

参考文献

第11章 摩擦纳米发电机网络收集大规模蓝色能源——海洋能

摘要

11.1摩擦纳米发电机对水波能的采集

11.1.1基于液体-固体接触起电的摩擦纳米发电机

11.1.2基于摩擦纳米发电机的流体动力能的采集

11.1.3双工作模式的摩擦纳米发电机

11.1.4基于全封闭摩擦纳米发电机的水波动能采集

11.2基于网络状结构摩擦纳米发电机群的海洋能采集

11.3总结

参考文献

第12章 基于摩擦纳米发电机的复合式发电单元

摘要

12.1交流电-交流电复合能量单元

12.1.1电磁-摩擦复合纳米发电机

12.1.2复合型摩擦电-压电／热释电纳米发电机

12.2交流电-直流电复合能量单元

12.2.1复合太阳能电池和摩擦纳米发电机

12.2.2复合热电器件和摩擦纳米发电机

12.2.3复合电化学电池和摩擦纳米发电机

12.3总结

参考文献

第13章 摩擦纳米发电机在自驱动系统和电化学过程中的应用

摘要

13.1摩擦纳米发电机与储能模块集成用于持续驱动便携式电子设备

13.1.1直接集成和变压集成

13.1.2通过能源管理电路板

13.2基于摩擦纳米发电机的自驱动电化学

13.2.1自驱动电化学降解

13.2.2自驱动电解水

13.2.3自驱动防腐蚀

13.2.4自驱动空气过滤

13.2.5自驱动电化学回收金属

13.2.6应用于智能窗系统的自供电电致变色器件

13.3应用于自供电生物刺激的摩擦纳米发电机

13.3.1应用于自供电起搏器的体内植入摩擦纳米发电机

13.3.2用于细胞增殖和分化的植入式自供电激光治疗系统

13.4总结

参考文献

第14章 基于摩擦纳米发电机的自驱动压力传感器和人机交互系统

摘要

14.1自驱动压强／触摸传感器

14.1.1接触-分离模式的自驱动压强传感器

14.1.2单电极模式的自驱动触摸传感器

14.1.3双模式的超灵敏自驱动压强传感器

14.2自驱动触摸成像

14.3自驱动智能键盘

14.4总结

参考文献

第15章 基于摩擦纳米发电机的振动和生物医学传感

摘要

15.1自供电的振动传感器

15.1.1振源的位置追踪

15.1.2振动幅度的测量

15.2声音传感器的自供电录音

15.2.1基于亥姆霍兹共振腔的声音传感器

15.2.2超薄纸基声音传感器

15.3自供电的生物医学监测

15.3.1基于耳膜的仿生薄膜传感器

15.3.2基于薄膜的摩擦纳米传感器

15.4总结

参考文献

第16章 基于摩擦纳米发电机的移动物体自驱动传感器

摘要

16.1自驱动线性位移传感器

16.2自驱动转动传感器

16.3摩擦纳米发电机用来追踪移动物体

16.4自驱动加速度传感器

16.5总结

参考文献

第17章 基于摩擦纳米发电机的自驱动化学／环境传感器

摘要

17.1自驱动化学传感器

17.2自驱动紫外线传感器

17.3自驱动环境监测

17.4总结

参考文献

附录A各章符号定义

附录B各章缩写定义

附录C王中林小组在摩擦纳米发电机领域内发表的期刊文章（2012～2016）