《摩擦纳米发电机在工程技术中的应用》是一部系统阐述摩擦纳米发电机（TENG）这一颠覆性能源技术的著作。作为能源与传感领域的前沿突破，摩擦纳米发电机技术为未来科技发展开辟了全新路径。本书首次从工程应用视角，全方位呈现了该技术的理论体系与实践成果。全书共12章，内容涵盖技术原理与工程应用两大维度。在理论层面，详细阐述了摩擦纳米发电机的工作原理、高熵能源俘获机制、自驱动传感技术及能量管理策略等核心内容。在应用层面，系统梳理了该技术在多个战略性领域的最新进展，包括机械工程智能化、绿色交通系统、智能建筑监测、智慧电网、海洋资源开发、灾害预警与防控、精密测绘技术及生物医学工程等跨学科应用。
更多科学出版社服务，请扫码获取。
中科院外籍院士，欧洲科学院院士，，2019年爱因斯坦世界科学奖
目录
前言
第1章 摩擦纳米发电机基本原理 1
1.1 引言 1
1.2 摩擦纳米发电机的发明 1
1.2.1 摩擦纳米发电机的基本模式 1
1.2.2 摩擦材料选择标准与原则 3
1.2.3 摩擦纳米发电机的主要评价指标 11
1.3 摩擦纳米发电机的物理原理 13
1.3.1 接触起电物理模型 15
1.3.2 动生麦克斯韦方程 20
1.4 本章小结 24
参考文献 24
第2章 基于摩擦纳米发电机的高熵能源俘获策略 26
2.1 引言 26
2.2 机械调控式摩擦纳米发电机 26
2.2.1 频率泵浦式 26
2.2.2 冲击激励式 33
2.2.3 可控输出式 38
2.2.4 恒定输出式 47
2.3 仿生结构式摩擦纳米发电机 49
2.3.1 风场环境仿生结构 49
2.3.2 水环境仿生结构 57
2.3.3 风水耦合环境仿生结构 64
2.4 直流输出式摩擦纳米发电机 71
2.4.1 机械开关式 71
2.4.2 空气击穿式 73
2.4.3 相位耦合式 76
2.4.4 摩擦伏特效应 76
2.5 本章小结 79
参考文献 79
第3章 摩擦纳米发电机输出特性与能量存储管理电路 81
3.1 引言 81
3.1.1 摩擦纳米发电机电学理论基础 81
3.1.2 等效电路模型 81
3.1.3 级联设计法则 84
3.2 摩擦纳米发电机高性能输出研究 89
3.2.1 倍压变换电路设计 89
3.2.2 串级耦合增流设计 91
3.2.3 转移电荷累积电路设计 92
3.3 功率转换电路设计 94
3.3.1 串级匹配电路设计 94
3.3.2 整流电路设计 97
3.3.3 斩波电路设计 99
3.3.4 调理电路设计 100
3.4 集成化开发 102
3.4.1 无源开关集成电路设计 102
3.4.2 有源可控信号集成设计 104
3.4.3 多源发电复合电路设计 110
3.4.4 分布式发电与传感的集成化 113
3.5 本章小结 115
参考文献 115
第4章 基于摩擦纳米发电机的自驱动流体传感器 117
4.1 引言 117
4.2 流体激励的摩擦纳米发电及自驱动传感理论基础 118
4.2.1 双电层摩擦纳米发电机电荷转移机理 118
4.2.2 摩擦电式非满管流量传感器的理论分析 119
4.2.3 摩擦电式涡轮流量传感器工作原理 121
4.2.4 摩擦电式流体传感器工作原理 126
4.3 液体状态监测的摩擦电式传感器研制 131
4.3.1 摩擦电式非满管流量传感器的设计与仿真 131
4.3.2 摩擦电式气动浮子流量传感器设计与仿真 133
4.3.3 磁翻板型摩擦电式流量传感器设计与仿真 134
4.3.4 摩擦电式汽车空气流量传感器的设计与仿真 135
4.4 基于摩擦纳米发电机的自驱动流体传感实验及其应用 144
4.4.1 摩擦电式非满管流量传感器实验及其应用 144
4.4.2 摩擦电式非满管流量传感器实验分析研究 146
4.5 摩擦电式汽车空气流量传感器传感特性研究及其应用 152
4.5.1 无轴涡轮安装角度对传感器电输出能力的影响 152
4.5.2 磁齿轮对传感器性能的影响 153
4.5.3 摩擦电式汽车空气流量传感器传感特性研究 157
4.6 摩擦电式气动浮子流量传感器实验及应用实例 162
4.6.1 三角电极型摩擦电式流量传感器研制与系统搭建 162
4.6.2 摩擦电式气动浮子流量传感器实验研究 166
4.7 本章小结 172
参考文献 172
第5章 摩擦纳米发电机在机械工程领域的应用 173
5.1 引言 173
5.2 自驱动运动传感器 173
5.2.1 自驱动位置传感器 173
5.2.2 自驱动旋转传感器 182
5.2.3 多自由度运动传感 191
5.3 自驱动智能机电系统 197
5.3.1 自供电振动监测系统 197
5.3.2 智能轴承与机电系统 202
5.4 智能流体监测系统 211
5.4.1 气缸位置自驱动监测 211
5.4.2 管路流体自驱动监测 221
5.5 软体机器人用柔性传感 230
5.5.1 软体机械爪智能分类功能 231
5.5.2 爬行软体机器人本体结构监测 235
5.6 本章小结 241
参考文献 241
第6章 摩擦纳米发电机在交通运输领域的应用 243
6.1 引言 243
6.2 智能驾驶监测 244
6.2.1 驾驶操作监测 244
6.2.2 驾驶行为监测 254
6.3 交通环境监测 266
6.3.1 交通运行状态监测 266
6.3.2 交通基础设施状态监测 277
6.4 路面健康状态监测 297
6.4.1 结构设计及工作原理 298
6.4.2 建模和分析 301
6.4.3 S-TES 的性能测试 305
6.4.4 应用演示 308
6.5 本章小结 311
参考文献 312
第7章 摩擦纳米发电机在建筑设施健康监测领域的应用 314
7.1 引言 314
7.2 桥梁结构健康监测 314
7.2.1 自供电振动监测 315
7.2.2 梁墩沉降监测 323
7.2.3 梁身形变监测 327
7.3 高层建筑安全监测 330
7.3.1 自供电倾角监测 330
7.3.2 混凝土损伤监测 346
7.3.3 自供电火灾监控 350
7.4 矿井井下安全监测 361
7.4.1 自供电振动监测 361
7.4.2 自供电转速监测 370
7.5 本章小结 386
参考文献 386
第8章 摩擦纳米发电机在智慧电力系统领域的应用 389
8.1 引言 389
8.2 智慧输电系统监测 389
8.2.1 杆塔气象监测 390
8.2.2 输电线振动监测 392
8.3 振动能俘获自驱动系统 398
8.3.1 微风振动能量收集 399
8.3.2 次档距振荡能量收集 403
8.3.3 水平舞动能量收集 409
8.4 风能俘获自驱动系统 414
8.4.1 宽风速范围 414
8.4.2 低风速启动 416
8.4.3 风速自适应 421
8.5 本章小结 423
参考文献 423
第9章 摩擦纳米发电机在海洋科学与工程领域的应用 425
9.1 引言 425
9.2 自供电海洋物联网 425
9.2.1 海洋导航与预警 426
9.2.2 海洋水下传感系统 431
9.2.3 海洋装备供能与监测 436
9.3 海洋波谱传感 441
9.3.1 波浪单一参数传感 441
9.3.2 波浪多参数传感 446
9.4 海洋生态环境传感与供能 449
9.4.1 水质监测系统供能 449
9.4.2 海洋牧场应用 455
9.4.3 海洋电化学降解 458
9.5 分布式海洋能源网络 461
9.5.1 海洋波浪能俘获网络构建 461
9.5.2 海洋多源能量收集网络构建 465
9.6 本章小结 468
参考文献 468
第10章 摩擦纳米发电机在防灾减灾领域的应用 470
10.1 引言 470
10.2 滑坡自驱动监测 470
10.3 自驱动雨量计 472
10.3.1 雨量计概述 472
10.3.2 雨量计分类及其工作原理 473
10.3.3 基于摩擦纳米发电机的自驱动雨量计 474
10.3.4 基于摩擦纳米发电机的翻斗式雨量计 475
10.3.5 基于摩擦纳米发电机的虹吸式雨量计 481
10.3.6 基于磁翻板式摩擦纳米发电机的自驱动雨量计 486
10.3.7 基于液滴摩擦纳米发电机的毛细通道结构雨量计 490
10.4 本章小结 495
参考文献 495
第11章 摩擦纳米发电机在勘察测绘领域的应用 497
11.1 引言 497
11.2 智能钻杆转速监测 497
11.3 地质探测过程中无人机的结构健康监测 498
11.3.1 无人机加速度传感器 498
11.3.2 无人机风速传感器 500
11.4 本章小结 503
参考文献 504
第12章 摩擦纳米发电机在生物工程中的应用 506
12.1 引言 506
12.2 智慧纺织 506
12.2.1 分层式纺织摩擦纳米发电机 506
12.2.2 编织/针织式纺织摩擦纳米发电机 513
12.2.3 芯纺/涂层纺织摩擦纳米发电机 518
12.3 可穿戴传感器和电子设备 525
12.3.1 人体生物机械能收集与转换 525
12.3.2 人机交互健康监测 528
12.3.3 人机交互感官通信 530
12.4 微流控液相介质及流体动力学监测 532
12.4.1 生物化学传感 533
12.4.2 流体状态和人体运动监测 538
12.4.3 微量液体能量俘获 546
12.5 本章小结 551
参考文献 552
书单推荐
