纳米发电机应用:自驱动系统

智能传感是未来数字社会和智能社会的基础.然而,如何给数量庞大、分布广泛的各类传感节点提供持续的电源供给是一项巨大的挑战.摩擦纳米发电机(TENG)是近年来兴起的一种新型的机械能量收集技术,可以有效地将低频、低幅的机械能量转换为电能,一方面可以实现自主的、自驱动的机械信号传感;另一方面可以与能量存储器件集成,实现自充电的电源系统.同时,由于TENG在材料选择和结构设计上的多样性,适宜的应用场景非常广泛.因此,本文系统介绍TENG在自驱动系统方面的应用研究进展,主要包括自驱动传感和自充电系统两方面的典型研究工作,最后分析展望了现有研究的挑战和未来的潜在方向.     

基于薄膜拍打型摩擦纳米发电机的风能收集研究

大量无线传感器网络节点的能量供给是目前限制物联网技术发展的一个瓶颈.作为新型能量收集技术,摩擦纳米发电机在环境能量收集方面有着显著优势,为解决无线传感节点供电问题提供了技术思路.本文基于摩擦纳米发电机和风致振动原理,提出并系统研究了一种薄膜拍打型摩擦纳米发电机(FF-TENG),实现了风能高效收集.本文采用仿真软件分析...     

纳米发电机与微纳能源收集

当下对于分布式传感监测的应用需求快速发展,供电问题一直有待解决. Triboelectric Nanogenerator (TENG)可有效收集环境或生命体运动的机械能,从而为相关的电子器件提供持续的电能,具有重要研究价值和应用前景.本综述将聚焦TENG在微纳能源领域中的应用,从器件的原理、结构和实际应用的角度,展开论述,最后进行总结和展望.     

Ecospace模型及其在海洋保护区评估中的应用

设立海洋保护区（MPAs）是一种限制海洋资源开发程度、保护海洋资源和改善海洋环境的有效管理工具。建模研究在MPAs效益评估和MPAs设计上具有重要作用。根据近年来国际上有关MPAs建模研究进展,本文重点阐述Ecospace模型的建模原理、步骤及其在MPAs效益评估中的应用,并说明了其存在的问题和发展趋势。     

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

涡轮机是海洋能转化利用过程中重要的机械结构,能够将流体的动能转换为旋转的机械能,带动发电机运转发出电能,已经广泛地应用于海洋能发电领域.传统意义上的叶片涡轮结构较为复杂,使用时容易发生工作介质泄露等问题,这将很大程度上降低涡轮机的使用效率.特斯拉涡轮机因结构简单、制造公差要求较低、密封性好等优点又重新回到了研究者的眼中...     

绿色低碳能源开发技术进展与模式研究

绿色低碳能源的大力开发是能源供给侧改革、能源结构转型、降低碳排放的重要举措。本文在厘清绿色低碳能源内涵的基础上,分析以水能、太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能为代表的绿色低碳能源发展现状,及其开发技术的研究进展,并基于开发视角提出了多层次融合开发模式、多能互补模式、分布能源模式三大开发模式,以及应对绿色低碳能源开发技术挑战的对策建议。     

控制CO2排放的能源科技战略综合研究

探索符合我国国情的控制CO2排放的技术路线和政策,是本世纪能源、环境和管理三个学科领域共同关心的重要研究议题。在能源环境交叉领域寻求潜力和突破口,同时强调技术路线研究与政策决策研究之间的有机结合。通过分析控制CO2的科技难点,探索能量转化利用与CO2分离一体化原理、能源环境相容的系统集成理论,提出了低能耗甚至零能耗分离CO2的新型能源环境系统,给出了适用于控制CO2排放的技术路线和政策综合评价的方法学和模型体系框架。还构思了适合我国国情的控制CO2排放的全国能源网络和政策框架,试图开辟能源与温室气体控制协调发展的新方向。     

基于介电弹性软体材料的能量收集:现状、趋势与挑战

介电弹性体作为一种新型电活性软体功能材料,因具有柔性好、变形大、比能密度和能量转换效率高等多项优点,在面向人体及自然界的能量收集领域具有巨大的应用潜能.本文综述了国内外有关介电弹性体用于能量收集的研究现状及主要进展,着重围绕DE能量收集行为机理及模型描述、材料性能对能量收集的影响、能量收集器件结构设计、电路设计及相关产品的开发与应用等研究内容,分析了当前研究中存在的主要问题及挑战,并对该课题未来的发展趋势及研究重点进行了展望.     

能源互联网重要基础支撑:分布式储能技术的探索与实践

可再生能源分布式发电的能量波动性以及用户驱动的能量需求的时空随机性,导致能源互联网中能量流本身具有先天的不确定性与无秩序性,因此,分布式储能技术由于可以有效消除能量流的不确定性,并使能量的时空转移和能量流的有序流动成为可能,成为能源互联网重要基础支撑.分布式电池储能作为一种重要的储能方式,电池单体本身非线性特性与电池成组或成网后单体间的差异性,使得电池储能系统"管理好"成为真正"使用好"的基础.但是,电池成组或成网后将构成复杂巨系统,这对"管理好"带来巨大的挑战.因此,本文基于作者多年理论与技术的成果积累,总结了一套适用于分布式储能的大规模电池网络优化管理的理论与方法,包括:单体和电池组或电池网络的建模与状态参数精确估算;基于模糊测度的电池网络特征提取及快速计算;基于自适应动态规划的电池网络优化管理.随后,本文将基于能源互联网思想的分布式储能架构及其管理优化方法与技术引入数据中心,并给出了其在数据中心中实际应用原型系统介绍.本文工作可以为能源互联网的重要基础支撑—分布式储能技术—的研究与应用提供方法指导与技术支撑.     

海洋酸化的影响及主要国家研究部署

全球变暖带来的海洋酸化问题对海洋环境造成的影响已经逐渐引起国际科学界的重视。全球海洋的酸化状况已经成为既成事实,对珊瑚礁、甲壳类动物甚至整个海洋生态系统都造成了不利影响。美国、欧洲以及日本等国都在重要海洋研究计划中做了相关部署,旨在深入了解海洋酸化的机理、可能造成的影响以及相关应对措施。     

中国海洋科技研究动态与前瞻

海洋科技是人类利用海洋的产物,又是人类推动海洋经济社会与海洋环境可持续发展的主要驱动力。中国学者围绕海洋科技战略、海洋科技产业、海洋科技创新能力与绩效、海洋科技成果转化、海洋科技体制以及重点海洋基础学科与海洋工程技术学科的相关领域进行了卓有成效的探索。梳理文献发现中国海洋科技研究有4个主要特点:1海洋科技战略研究侧重战略目标及其实现路线、重点海洋产业的技术战略、海洋科技成果的产业化战略等;2海洋科技产业研究局限在产业集聚影响因素与集聚区建设模式、效益评估与区域合作路径;3海洋科技创新能力研究集中在资源配置、省份与市的海洋科技能力横向或纵向比较、共性技术研发模式及科技效率问题;4海洋科技成果转化研究关注不同主体及其转化过程实现机制,而海洋科技管理研究则关注宏观体制变革;海洋科研项目的立项、评审与经费管理;海洋科技主体与载体建设等。最后立足于海洋科技国际发展趋势,指出未来研究前沿领域。     

基于摩擦纳米发电机的自驱动植入式电子医疗器件的研究

心脏起搏器、脑起搏器、神经刺激器等植入式电子医疗器件的工作寿命受限于电池容量.为了解决植入式电子医疗器件的供能问题,本文设计研制出了一种可将器官运动的机械能(心跳、肺呼吸等)转化为电能的供能器件-植入式摩擦纳米发电机.此发电机为接触分离的工作模式,在外力的作用下使具有微纳结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜和铝片发生摩擦而产生电能.器件大小1.2 cm×1.2 cm,采用生物相容性良好的材料PDMS进行全封装.实验表明其体外开路电压和短路电流的值分别为12 V,0.25μA,峰值功率密度为8.44 mW/m~2.植入到小鼠左胸皮下位置开路电压和短路电流为3.73 V,0.14μA.将此发电机和电源管理系统集成后用于植入式电子医疗器件的能源供给,有望实现植入式电子医疗器件的自驱动.     

时变能量网络建模与分析

不同类型的能源系统通过能量转换设备(感应电动机、离心泵等)相互耦合,研究能源系统的动态特性及其仿真方法对综合能源系统优化设计及性能分析具有重要的实际意义.为对时变能量网络进行建模和分析,本文从能量本质的角度出发,通过深入探讨能量传递及转换机理,分别建立时变传递线(管)路和能量转换设备的能量网络等值模型.在时变能量网络模型的基础上,提出通过构建时变能量网络方程(包括状态方程和输出方程)对综合能源系统的动态特性进行建模仿真的分析方法,最后通过具体算例对本文所提分析方法的有效性及实用性进行验证.本文的研究内容为时变能量网络的建模、分析、优化及规划奠定了基础.     

基于半导体量子点的单光子源:原理、实现和前景

确定性和高度不可分辨的单光子源是实现线性光学量子计算和固态量子网络的重要前提条件.半导体自组装量子点,具有良好的稳定性,易于集成于高品质因子的纳米微腔中,可获得超高亮度的单光子源.同时量子点可以作为光子—自旋比特的接口,可扩展的量子网络的结点.近年来共振激发技术的发展以及微腔加工技术的进步大大地提高了半导体量子点单光子源的品质,而成熟的半导体技术为这种单光子源的实用化奠定了基础.本文首先介绍单光子源的产生原理、性质以及在量子信息量子计算等领域的应用,然后介绍基于半导体量子点单光子源的技术发展和微腔量子点的进展.最后,讨论量子点单光子源未来的发展趋势.     

自环流网络潮流跟踪算法

运用级数理论给出环流网络潮流跟踪算法. 计算中, 将网络环流等效为一个节点, 从而得到原网络的简化网络. 基于此, 运用图论求出发电机节点到负荷节点的有向路, 进而得到原环流网络的无穷多条有向路. 运用比例分摊原则、级数理论和网络节点间有向路便可得到发电机对负荷的功率分配. 给出了网络自环流系数的定义及其性质. 利用自环流系数的性质, 证明了算法的收敛性定理: 基于比例分摊原则的自环流网络潮流跟踪算法总是收敛的. 同时, 证明了算法的有效性定理: 基于比例分摊原则, 用有向路算法对无损的环流网络进行潮流跟踪时, 任意节点上发电机对所有负荷的贡献总额等于发电机的出力. 并用IEEE14节点系统和国内考核题型Ⅱ证实了该方法.     

世界主要海洋国家海洋发展战略分析

对美国、英国、加拿大、日本、俄罗斯以及中国周边海洋国家的海洋发展战略进行了不同程度的分析。美、英、加等海洋国家从海洋科技发展入手,实施了中长期海洋行动计划,推动海洋高科技发展;日本强调海洋立法、重视海洋技术的提升;俄罗斯、中国周边国家则注重海洋军事的发展,海洋军事的发展依赖并带动海洋科技的发展。北极海域的争夺成为环北极国家新一轮海洋发展战略的重点。     

能源互联网关键技术分析

能源互联网是解决未来可再生能源大规模有效利用的重要基础设施,围绕着这一新型电力网络的设计、实现、运行和管理中所面临的新问题,提出了实现能源互联网的六大关键技术:先进储能技术、固态变压器技术、智能能量管理技术、智能故障管理技术、可靠安全通信技术和系统规划分析技术,并对各项关键技术所涉及的科学问题进行了分析与探讨.     

美国海洋科学技术两个"十年"计划比较分析及对我国的启示

世界主要海洋国家中,美国最为重视海洋科技发展战略规划.进入21世纪,美国发布了两个引领其海洋科技事业发展的"十年"计划,第一个是《绘制美国未来十年海洋科学路线图:海洋研究优先计划及实施战略》(2007-2017),第二个是《美国海洋科学与技术:十年愿景》(2018-2028),它们为美国在新的历史时期的海洋科技发展确定...     

构造电力系统暂态能量函数新方法研究

通过归一化发电机转子运动方程, 将故障后电力系统的动态过程比拟为质量为1.0在n维Euclid角度空间中运动的质点, 并提出了旋转一维坐标的概念. 通过投影变换将复杂的多机系统摇摆过程转化为一维坐标上的简单运动来研究, 并在此基础上提出了构造新暂态能量函数的方法. 证明了该能量函数沿故障后轨迹的守恒性, 并发展了电力系统的稳定性判据. 10发电机新英格兰典型电力系统上的分析结果验证了新能量函数理论的正确性.     

摩擦伏特效应

摩擦起电是一个普遍存在的现象,几乎发生在任何材料界面,其中半导体之间的摩擦起电具有独特的性质.当p型半导体在n型半导体表面摩擦时,两个材料界面在机械滑动的作用下发生化学键的断裂以及新化学键的生成,释放能量(简称键合子“bindington”)并激发半导体界面电子-空穴对.摩擦激发的电子-空穴对在p-n结处的内建电场作用下分离并产生直流电,这个过程与光伏效应类似,因此该现象被命名为摩擦伏特效应.摩擦伏特效应与光伏效应唯一的不同是摩擦伏特效应中电子-空穴对是由界面原子瞬时结合成键而释放的能量所激发,而光伏效应是由光所激发.本文回顾了近年来摩擦伏特效应研究的相关进展,总结了基于摩擦伏特效应的摩擦伏特发电机技术及其潜在应用.摩擦伏特效应作为半导体界面接触起电中重要的一环,对其研究不仅有助于深入了解接触起电的机理,还有望推动摩擦纳米发电机、半导体等研究领域的发展.