摩擦纳米发电机理论与技术（第四卷）：传感与高压电源

定　　价：238 元

• 作者：王中林等
• 出版时间：2025/6/1
• ISBN：9787030810144
• 出 版 社：科学出版社

• 中图法分类：TM31 
• 页码：410
• 版次：1
• 开本：16

内容简介

摩擦纳米发电机由王中林小组于2012年在国际上首先发明，目的是利用摩擦起电效应和静电感应效应的耦合把微小的机械能转换为电能。这是一项颠覆性的技术并具有史无前例的输出性能和优点，近些年来，其理论体系和应用技术都发展迅速。《摩擦纳米发电机理论与技术》系列全面涵盖了摩擦纳米发电机的系统理论及其带来的快速发展的各个领域的技术应用总结。全书共4卷、53章。第1卷主要介绍其理论与技术基础，第2卷展现了其在微纳能源领域的尖端应用，第3卷主要介绍其在收集蓝色能量、环境能量方面的前沿应用，第4卷主要介绍其作为传感器与高压电源的前沿应用。这些应用领域涉及能源、环境、医疗植入、人工智能、可穿戴电子设备及物联网等众多方向。本分册涵盖第 4卷内容。

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作者介绍

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

目录
前言
第42章 用于植入式医疗的摩擦纳米发电机 1
42.1 引言 1
42.2 生物力学和摩擦纳米发电机 3
42.2.1 生物力学 3
42.2.2 生物机械能 4
42.2.3 摩擦纳米发电机和可植入器件 4
42.3 可植入性分析 5
42.3.1 异物反应 5
42.3.2 耐用的软封装材料 6
42.3.3 长期生物相容性和生物安全性 8
42.4 生物传感 11
42.4.1 心血管系统传感检测 12
42.4.2 呼吸系统传感检测 16
42.4.3 泌尿系统传感检测 21
42.4.4 血管系统传感检测 22
42.4.5 胃肠系统传感检测 24
42.4.6 神经系统传感检测 26
42.5 可降解的临时器件 27
42.6 临床应用前景 30
42.6.1 重要生物方面挑战 30
42.6.2 重要器件方面挑战 31
42.6.3 未来研究方向 33
42.7 总结 34
参考文献 34
第43章 摩擦电器件在可穿戴传感设备方面的应用 40
43.1 引言 40
43.2 概述 41
43.3 用于摩擦电可穿戴传感器的先进材料 44
43.3.1 高分子 44
43.3.2 碳基二维材料 46
43.3.3 导电水凝胶 47
43.3.4 织物 48
43.4 摩擦电器件作为多种类型的可穿戴传感设备 51
43.4.1 摩擦电器件作为助听器/眼镜/面罩 51
43.4.2 摩擦电器件作为腰带/手腕/手指/手套传感器 54
43.4.3 摩擦电器件作为外骨骼/鞋子/鞋垫/袜子 62
43.4.4 基于摩擦电机制的化学传感器 65
43.4.5 摩擦电可穿戴传感系统 67
43.5 集成人工智能的大规模摩擦电传感装置 69
43.6 总结 73
参考文献 74
第44章 用于触觉传感和人工智能的摩擦纳米发电机 80
44.1 引言 80
44.2 摩擦纳米发电机触觉矩阵 81
44.2.1 基于摩擦电效应的触觉矩阵 81
44.2.2 基于摩擦电子学的触觉矩阵 84
44.2.3 双模态触觉矩阵 86
44.3 单电极触摸板 90
44.4 人工智能增强触觉传感 92
44.4.1 纹理识别 92
44.4.2 机器人夹爪 97
44.4.3 智能键盘 100
44.4.4 智能腕带 102
44.5 神经形态触觉传感 105
44.5.1 基于人工突触的摩擦电神经形态触觉 105
44.5.2 基于摩擦纳米发电机原理的摩擦电神经形态触觉 112
44.6 总结 118
参考文献 119
第45章 基于人机接口的摩擦纳米发电机 122
45.1 引言 122
45.2 基于摩擦纳米发电机的信息输入智能键盘 123
45.3 基于摩擦纳米发电机的手写识别人机界面 126
45.4 基于摩擦纳米发电机的手势识别技术 128
45.5 基于摩擦纳米发电机的声学传感器 131
45.6 基于摩擦纳米发电机的不同控制应用方式 132
45.7 基于摩擦纳米发电机的其他控制应用 134
45.8 基于摩擦纳米发电机的指示预警与辅助交流 135
45.9 基于摩擦纳米发电机的虚拟应用 137
45.10 基于摩擦纳米发电机的信息输出设备 138
45.11 总结 139
参考文献 140
第46章 摩擦纳米发电机在智能家居中的传感应用 144
46.1 引言 144
46.2 智能屋顶 148
46.3 智能地板 150
46.4 智能地毯 151
46.5 智能床 153
46.6 智能枕头 155
46.7 智能马桶 157
46.8 智能锁系统 158
46.9 智能灭菌系统 160
46.10 智能鞋履系统 162
46.11 智能温室系统 164
46.12 总结 166
参考文献 167
第47章 摩擦纳米发电机用于智慧城市感知 172
47.1 引言 172
47.2 面向智慧城市安全的摩擦纳米发电机 174
47.2.1 智慧交通 174
47.2.2 灾害监测 180
47.2.3 结构健康监测 181
47.2.4 危险预警 182
47.2.5 智慧安全 183
47.2.6 环境保护 184
47.3 摩擦纳米发电机用于智慧城市服务 188
47.3.1 气象监测 188
47.3.2 智能电网 191
47.3.3 智能水务 192
47.3.4 智慧物流 193
47.3.5 智能通信 193
47.3.6 智能运动 194
47.4 总结 196
参考文献 196
第48章 基于摩擦纳米发电机的自供电物联网传感器 202
48.1 引言 202
48.2 自供电传感节点 204
48.2.1 基于摩擦纳米发电机的自供电压力传感器 204
48.2.2 基于摩擦纳米发电机的自供电声学传感器 207
48.2.3 基于摩擦纳米发电机的自供电光电探测器 208
48.2.4 基于摩擦纳米发电机的自供电温度传感器 210
48.2.5 基于摩擦纳米发电机的自供电湿度传感器 213
48.2.6 基于摩擦纳米发电机的自供电气体传感器 214
48.2.7 基于摩擦纳米发电机的自供电离子浓度传感器 219
48.3 无线通信 221
48.3.1 蓝牙 221
48.3.2 磁共振耦合 222
48.3.3 电场共振 224
48.3.4 放电位移电流 224
48.4 应用领域 225
48.4.1 医疗 225
48.4.2 交通 227
48.4.3 工业管理 228
48.4.4 农业 231
48.4.5 环境监测 232
48.4.6 人工智能 233
48.5 总结 236
参考文献 237
第49章 摩擦纳米发电机作为安全和人类行为的智能传感器 240
49.1 引言 240
49.2 摩擦纳米发电机用于生物特征识别 241
49.2.1 步态特征 241
49.2.2 语音特征 243
49.2.3 击键特征 246
49.2.4 书写特征 249
49.2.5 滑动特征 250
49.3 应用 254
49.3.1 自驱动电子设备认证 254
49.3.2 自驱动家居安全 256
49.3.3 自驱动交通安全 259
49.4 总结 261
参考文献 262
第50章 作为高压源的摩擦纳米发电机 266
50.1 引言 266
50.2 用于增强摩擦纳米发电机性能的材料和通用方法 268
50.2.1 材料选择 268
50.2.2 材料表面改性 268
50.2.3 通过电荷注入法和真空保护提高摩擦纳米发电机的电压性能 270
50.2.4 通过补充电荷提高摩擦纳米发电机的电压 271
50.3 基于介电弹性体和摩擦纳米发电机的人造肌肉 273
50.4 基于压电陶瓷和摩擦纳米发电机的微执行器 276
50.5 基于摩擦纳米发电机的高压极化材料 278
50.6 由摩擦纳米发电机驱动的静电机械手 281
50.7 基于摩擦纳米发电机的静电吸附和空气清洁技术 286
50.8 由摩擦纳米发电机提供动力的电子激发和离子生成技术 289
50.9 总结与展望 293
参考文献 294
第51章 直流摩擦纳米发电机和传感应用 301
51.1 引言 301
51.2 基于摩擦伏特效应的直流摩擦纳米发电机 302
51.2.1 肖特基结 302
51.2.2 pn 结 304
51.2.3 摩擦伏特纳米发电机用于传感器 307
51.3 基于静电击穿的直流摩擦纳米发电机 308
51.3.1 工作原理 308
51.3.2 物理模型和输出限制 309
51.3.3 基本器件结构 311
51.3.4 性能优化 312
51.4 用于自供电传感器的直流摩擦纳米发电机 318
51.5 总结 321
参考文献 321
第52章 交互式神经形态类脑器件 325
52.1 引言 325
52.2 神经形态器件的研究背景 326
52.3 交互式神经形态器件的研究进展与前沿动态 328
52.3.1 仿生受体与突触器件研究进展 328
52.3.2 触觉神经形态器件研究进展 333
52.3.3 视觉神经形态器件研究进展 336
52.3.4 神经形态多感官系统研究进展 341
52.4 中国在神经形态器件领域的学术地位及发展动态 345
52.4.1 在神经形态器件领域的学术地位及作用 345
52.4.2 在神经形态器件领域的发展动态 345
52.5 作者在该领域的学术思想和主要研究成果 348
52.5.1 压电式人工突触 348
52.5.2 机械突触可塑性（摩擦电式人工突触） 349
52.5.3 机械-光电多模态人工突触 352
52.6 交互式神经形态器件发展重点 353
52.7 总结与展望 354
参考文献 355
第53章 用于电子和机器人皮肤的摩擦纳米发电机 366
53.1 引言 366
53.2 基于摩擦纳米发电机的电子及机器人皮肤 368
53.2.1 基于摩擦纳米发电机的自驱动电子皮肤 368
53.2.2 基于摩擦纳米发电机的机器人电子皮肤 391
53.2.3 摩擦电式机器人电子皮肤的挑战与展望 405
53.3 总结 406
参考文献 406