摩擦纳米发电机在自驱动智能交通系统的应用研究进展

 摩擦纳米发电机具有供电和高灵敏度传感的双重功能,能够在自驱动智能交通系统中发挥重要作用。综述了近年来摩擦纳米发电机在公路及铁路智能交通系统中的应用,包括车辆检测、尾气处理、振动能收集、风能收集等,分析了摩擦纳米发电机在智能交通系统应用过程中存在的挑战,展望了摩擦纳米发电机在材料、信息、电子、机械、交通等多学科交叉的发展趋势。     

摩擦纳米发电机基础研究和技术创新进展

摩擦纳米发电机（TENG）是一项新兴的实现机电能量转换的平台技术,在人工智能、物联网和高熵能源等多个领域都有巨大的应用潜力。近10年来,通过世界范围内的广泛努力,TENG的相关研究取得了长足的进步。综述了TENG在基础研究和技术创新2个方面的代表性进展;讨论了提高TENG输出性能的最新策略和方法;总结了TENG在不同领域的应用研究进展,并对TENG研究面临的挑战和机遇进行展望。     

生物可降解能源器件及其应用

植入式瞬态电子器件由可降解材料构建而成,这些电子器件能够在体内降解并吸收,无需二次手术取出,避免了长期植入产生的负面效应。作为一个新兴的研究领域,植入式瞬态电子器件在体内传感和治疗方面都有着巨大的潜能。然而,大多数植入式瞬态电子器件的正常工作都需要外部能源供给,这极大限制了它们在体内的应用。因此,一种具有生物相容性、可控降解和生物可吸收的新式生物可降解能源器件,成为了植入式瞬态电子器件的迫切需求。介绍了4种生物可降解能源器件(生物可降解原电池、光伏电池、超级电容器和摩擦纳米发电机)及其应用,并探讨了各自所面临的挑战和未来发展趋势。     

摩擦纳米发电机研究可视化图谱分析

全球范围内能源与环境问题日益严峻,自从2012年摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator）的概念被提出以来,作为一种清洁可再生的微纳新能源产生装置,成为众多研究人员关注的焦点。基于CiteSpace可视化分析软件,针对Web of Science数据库中检索到的1908篇摩擦纳米发电机研究领域论文从出版年、引用次数、发文期刊、机构、作者和关键词等角度进行图谱分析,总结摩擦纳米发电机领域国内外研究进展和热点并预测前沿趋势,为深入了解摩擦纳米发电机领域的研究现状提供借鉴和参考。     

自驱动技术与植入式心脏电子医疗器件

 传统的植入式心脏电子医疗器件电池寿命有限,难以为患者提供长期、不间断的监测和治疗,自驱动技术的出现解决了这一难题。介绍了自驱动技术的类型和原理,从供能、传感和电刺激3个方面回顾了自驱动技术在植入式心脏电子医疗器件中的应用,从自驱动植入式心脏电子医疗器件能源的收集和存储管理、植入物的长期生物相容性、电刺激的生物学效应3个方面展望了自驱动技术与植入式心脏电子医疗器件未来的发展方向。     

摩擦发电机在微弱能量收集中的应用

新型的摩擦发电机是基于摩擦起电效应和静电感应相互耦合的能量转换设备,是一种可持续的、稳定的、绿色的能源供给方式。当摩擦发电机应用于各种微弱环境能量的收集时,其器件结构需要精心地设计,以满足灵敏度和效率的要求。概述了多种适用于微弱能量条件的摩擦发电机设计,分析了其工作原理与应用场景,展望了该技术未来在人体健康监测与医疗设备的发展、可持续电子系统的建立以及安全预警设备的完善等方面应用的前景。     

摩擦纳米发电机表面电荷密度研究进展

 纳米摩擦发电机可以收集环境中不同形式的机械能,在自驱动系统、物联网和蓝色能源等方面具有巨大的潜在应用价值。作为能量器件,纳米摩擦发电机的实际应用在于进一步提高功率输出,其核心在于提高摩擦电荷密度。介绍了提高摩擦表面电荷密度的技术方法,综述了提高摩擦纳米发电机电荷密度的研究进展。同时,以接触-分离模式的摩擦纳米发电机为例,探索了摩擦表面电荷密度的影响因素和改进措施,以为实现摩擦纳米发电机超高电荷密度提供新的研究方向。     

基于摩擦纳米发电机的自供能发光地板系统

为保证物联网中承担着信息采集与传输等重要任务的传感器持续、稳定、免维护地工作,其中一种解决方案为收集广泛分布在环境中的振动机械能,构建自供能系统。而摩擦纳米发电机(TENG)作为机械能俘获技术之一,在收集低频无规则振动机械能方面具有更高的能量转换效率。因此,针对人行走时产生的振动机械能,设计并制作了硅胶半球支撑的接触分离式TENG。该TENG器件在1 Hz频率下的开路电压峰值为348 V,短路电流峰值为7.7μA,外接40 MΩ电阻时瞬时功率可达265μW,将它与树脂浇筑构建的硬质板面集成,则可实现自供能发光地板系统,能够在不同人流量的条件下正常工作。该发光地板可应用于人群密集的商场、步行街、游乐园等场所。     

基于超弹性PDMS的摩擦纳米发电机的性能研究

常用于摩擦纳米发电机的聚二甲基硅氧烷是一种超弹性聚合物,但迄今对其理论分析均采用线弹性本构假设,没有通过实验证明其是否有效.首先基于超弹性本构对PDMS摩擦纳米发电机的接触力学和静电感应性能进行仿真;其次通过光刻和复型工艺制备了PDMS金字塔织构,构建了摩擦纳米发电机实验装置,并将实验与理论结果对比.研究表明:随着施加压力增大,摩擦纳米发电机的接触面积和开路电压均随之增加,之后趋于稳定;相比于超弹性本构,采用线弹性本构高估了金属与PDMS的接触面积,低估了使摩擦纳米发电机开路电压稳定所需施加的压力;采用超弹性PDMS本构的仿真结果与实验更为吻合.      

镁及镁合金植入性医疗器械的应用研究进展

镁及镁合金作为生物医用材料具有优异的力学性能和生物相容性,可自主完全降解,而且资源丰富、易于加工成型。本文综述了镁及镁合金植入性医疗器械在骨科和心血管领域的应用现状和最新研究进展,认为目前在临床存在的主要问题是体内耐腐蚀性较差和降解速度未得到有效的控制,未来应向提高耐腐蚀性、控制降解速度等方面发展,有望在临床上得到更广泛的应用。     

植入医学器件的电能供给及电磁场仿真

利用生物皮肤的电特性,通过皮肤对体内植入式医学电子器件的电池进行充电展开研究。采用有限元法建立体导电能量传递数学模型,通过软件FEMlab3.3建立其场域数值模型,输入信号使用交流电压。在仿真中,进行了模型的频率特性测试,设计了4种不同形状的电极,并以圆柱形电极为例,分别改变电极截面面积和电极之间的距离来优化电极的形状与布局。仿真结果表明,在保证人体安全电流的前提下,体导电电流传递效率可达30%以上。     

增材制造医用多孔钛合金研究与应用现状

钛合金具有良好的力学性能和生物相容性,被认为是一种理想的植入体材料。但致密钛合金的弹性模量较高,在植入人体后与骨之间存在应力遮挡现象,易引发植入体松动。采用增材制造技术制备的多孔钛合金能够很好地解决这一问题。从多孔结构的设计方法与增材制造的原理入手,综述了增材制造多孔钛合金在力学性能方面的研究现状以及在生物医疗领域的研究与应用进展,并对其未来的发展趋势进行了展望,指出今后可在以下4方面对医用多孔钛合金展开深入研究：1）研发更先进的成型设备以提高多孔钛合金的成型质量与成型效率;2）对多孔结构进行仿生化设计,将高力学性能与高生物性能有机结合;3）通过对Gibson-Ashby模型进行修正,可获得更为准确的力学性能预测结果;4）开发新型钛合金材料以提高多孔钛合金的生物相容性。     

动力合成装置的等效模型及等效转动惯量研究

差速行星齿轮机构用于合成运动,可以作为动力合成装置。随着石油资源的日益枯竭,混合动力汽车近年来成为汽车新宠,差速齿轮机构可以作为其中的动力合成部分。尽管动力合成装置的具体结构千差万别,但在整个传动系统中,结构参数及运动规律存在着一定的规律。本文用等效方法将其简化,得到动力合成装置的简化模型,并利用差动轮系的内在参数关系,推演出模型在三种工作模式下的等效转动惯量,为动力合成装置的动力学分析提供了参数基础。     

漆酶催化活性及应用研究进展

综述了漆酶催化活性中心结构及特性;漆酶可用于多酚、多氨基等芳香族化合物的降解中,同时在化学合成、纸浆漂白、食品工业及环保方面有重要作用;指出了选育优良菌株,探索适宜的、适合实际生产的培养条件是今后漆酶生产的研究方向。     

有色金属基材料在生物医学中的应用现状

人类使用生物医用材料的历史悠久,最早可追溯到公元前3 500年古埃及人利用棉花纤维缝合伤口。生物医用材料的种类繁多,有色金属基材料是其中的一个重要选择。近些年来,有色金属基材料因其优异的生物相容性、力学特性和光热转换性等特点被广泛应用于生物医学领域,在推进患者护理上表现出巨大的潜力。归纳了有色金属基材料在介入类耗材、癌症治疗、精确诊断及生物传感方面的研究成果,包括钛、镁、钽、金、铋、铜、铂等一些元素及其合金的应用形式,总结了它们在临床实践中的特点与当前的研究重心。最后展望了有色金属材料在生物医学工程中未来发展的几个可能的方向。     

植入器件体导电信道分析与仿真

针对植入器件闭环通信系统设计和实现中面临的通信难题,提出了一种基于体导电的数据通信模型;分析了体导电信道的基本特征,即体导电信道工作频率在千赫兹级时,生物背景信号干扰微不足道,体导电信道可近似为加性高斯白噪声信道(additive white gaussion noise,AWGN);推导出了二维调制下的信道容量公式;并得出:在极低信噪比时采用两电平调制就能有效地利用信道容量,在高信噪比时,可采用多电平调制.利用SystemView对信道进行仿真,仿真结果表明体导电数据通信的可行性,证实了两电平调制在体导电通信系统中优越于多电平调制,得出了信道误码率与信噪比之间的关系.     

有源光电子器件技术及其发展

全光通信是光纤通信发展的必然方向，有源光电子器件是构建全光通信网络的重要基础。介绍了目前常用的几种有源光电子器件的现状及发展情况，并对其技术的未来发展趋势进行了分析和总结。