近日，信息工程学院张敏课题组在国际知名期刊Nano Energy上发表题为“A Mechanically Tunable Electromagnetic Wave Harvester and Dual-modal Detector based on Quasi-static van der Waals Heterojunction”的研究论文（DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107399）。该研究通过对范德华接触异质结施加压力，提出并实现了机械可调的电磁能收集器件，为基于范德华接触异质结的摩擦伏特直流发电机的能量转化机制的研究提供了一个崭新的视角。随着万物互联时代的到来，各种可穿戴电子设备和分布式传感器涌现到人们的生活中。从环境中收集机械能、光能、电磁能等多种形式的能量，直接为这些小功率电子设备供电，是一种直接有效的能源供应方案。近年来，基于动态范德华接触异质结的摩擦伏特直流发电机具有高电流输出密度、低内部阻抗、连续直流输出等优势，因而受到关注。虽然研究人员基于不同材料和结构对该类型的直流发电机进行了广泛而深入的研究，通常认为直流电输出与异质结内建电场中发生的机械能转换有关，但是其能量转化机制和物理过程尚不明确。
该工作首次提出，基于范德华接触异质结的摩擦伏特直流发电机和单异质结整流天线的器件结构相似，因此摩擦伏特直流发电机在准静态条件下会吸收环境中的电磁能量。由于异质结电学特性受压力调控，范德华接触异质结作为电磁能收集器可以在外界压力控制下实现“开关”状态的切换。该工作所提出的设计和机理具有普遍性，并已在基于不同材料和结构制备的器件中得到验证。该电磁能收集器可直接为电容器充电、点亮LED、为低功耗反相器供电以及作为双模传感器实时探测外界电磁辐射和压力。该研究提出的机械可调的电磁能收集器在可穿戴电子设备、智能机器人和物联网等领域具有应用潜力。
机械调控和能量收集特性
张敏副教授和纽约州立大学布法罗分校刘骏副教授作为该论文共同通讯作者，硕士生黄有超为论文的第一作者，硕士生刘德行、朱添羽、张艺明、范凌冲也在工作中做出了重要贡献。上述研究得到了国家自然科学基金项目、深圳市科技创新委员会基础研究项目的支持。
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https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107399
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