近日，机械工程学部特种润滑材料团队与中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室摩擦与物理传感课题组合作，在《Nano energy》（中科院一区，TOP期刊，影响因子17.6）上，发表了粉末摩擦带电机理方面的研究成果“Gas-solid two-phase flow triboelectric generator for powder triboelectrification energy collection and road early warning”，齐鲁工业大学（山东省科学院）为文章的第一单位，机械工程学部2021级研究生王文鹏为文章的第一作者。
粉末材料已广泛应用于工业各个领域，粉尘颗粒在加工和运输过程中会携带大量电荷。在封闭环境中，粉尘携带的电荷可能会产生静电火花，进而导致爆炸。如果能够在加工过程中有效消除粉尘携带的电荷，就可以显著减少工业生产中因带电粉尘而引发的安全隐患。另一方面，粉尘所产生的摩擦电能能否被有效捕获并用于传感器的自供电也值得研究。
本研究研制了一种连续气固两相流摩擦电纳米发电机（GS-TENG），利用粉末-气流与固体表面的碰撞过程获取摩擦电。与非连续气流下的信号相比，连续气流冲击下产生的短路电流和输出电压信号呈现单向直流峰值特性。此外，为了更全面地分析粉末气流运动与两相流摩擦电信号之间的关系，采用高速摄像机记录电荷产生过程中的运动。结果表明，3 mm 尼龙球在与 PTFE 接触和分离时产生正常的交流信号，而直径约 30 µm 的尼龙粉末由于尖端放电的影响而产生直流摩擦电信号。在风速32 m/s、距离5 cm、冲击角90°时，短路电流和输出电压分别可达到最大值20 µA和130 V，可作为电源为63个商用LED供电。基于气固两相流摩擦纳米发电机设计了一种自供电道路警示灯，在沙尘天气下具有应用前景。
图1气固两相流装置设计及输出性能(a)DM-TENG装置示意图；(b)喷砂枪内部结构；(c) PA6粉末气流与PTFE碰撞的短路电流；(d)输出电压。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.109170
