复合力学超摩擦材料实现在能量采集和智能监测感知方面的多功能应用

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发布时间：2021-07-02
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【概要描述】力学超材料不同于其它功能材料从材料角度调控优化力学性能，其优越的力学性能主要来源于局部微结构胞元。近年来随着力学超材料的发展，兼具能量采集和监测感知功能的摩擦电材料为多功能力学超材料的智能化发展带来新方向。

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复合力学超摩擦材料实现在能量采集和智能监测感知方面的多功能应用

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力学超材料不同于其它功能材料从材料角度调控优化力学性能，其优越的力学性能主要来源于局部微结构胞元。近年来随着力学超材料的发展，兼具能量采集和监测感知功能的摩擦电材料为多功能力学超材料的智能化发展带来新方向。

本文提出一种自感知复合力学超材料—力学超摩擦材料，其将摩擦电材料制备于力学超材料中，通过将力学超材料作为纳米发电机介质，实现整体结构材料在能量采集和智能监测感知方面的多功能应用。

力学超摩擦材料运用3D打印技术，实验制备由摩擦电材料组成的无缝集成自恢复咬合微结构，并测试表征其自供电和自感应性质。本文同时运用理论方法探讨了周期性荷载下咬合微结构接触带电的变形机制与电能产生机理。

本研究由美国匹兹堡大学土木系联合浙江大学海洋学院、中国科学院北京纳米能源与系统研究所共同开展。相关论文以“Multifunctional Meta-Tribo material Nanogeneratorsfor Energy Harvesting and Active Sensing”为题，发表在《Nano Energy》。本文第一作者为联合指导的博士研究生，共同第一作者为焦鹏程研究员，通讯作者为王中林院士和A.H. Alavi助理教授。

本文提出的力学超摩擦材料将摩擦电材料设计于力学超材料微结构胞元中，使得整体结构材料既具有力学超材料的优越力学性能，又具备摩擦纳米发电机的能量采集和监测感知功能。

力学超摩擦材料运用各种有机和无机摩擦电材料，设计构成复杂的分层复合结构。本文运用实验和理论方法，系统研究了力学超摩擦材料的力-电学性能，展望了力学超摩擦材料集成系统的多功能工程应用，例如海洋工程防灾减灾自能量监测感知设备，自感知自能量心血管支架等。

本文将纳米能源新进展应用于先进结构材料，提出一种智能化结构材料—多功能力学超摩擦材料，在力学超材料优越力学性能基础上，实现纳米发电机的能量采集和智能监测感知。同时，本文提出的力学超摩擦材料概念可应用于具有不同结构设计的其他类型功能材料，有望在海洋工程防灾减灾（自能量监测感知传感器）、航空航天（变形、可部署空间结构）、生物医学设备（医疗植入、支架、人造肌肉）等众多领域实现创新应用。

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