港科大（广州）教授开创“自供能”器件：摩擦供电，无线传感30米

近日，2022年《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”亚太区入选者正式发布，香港科技大学（广州）功能枢纽可持续能源与环境学域副教授訾云龙，因开创了高性能的摩擦电自供能器件，入选并获得“先锋者”称号。

长期以来，訾云龙专注于摩擦起电放电、摩擦纳米发电机、无线传感、自供能系统相关的研究，并通过耦合摩擦起电和光电子，展示了“摩擦光子学”的概念。他设计了一张指甲大小的自供电无线感应电子贴纸，可以在不使用电池或电线的情况下实现长达30米的信号传输，还制定了实现高效能量收集的高性能摩擦纳米发电机的设计策略，以及在输出电荷密度、能量密度和峰值功率密度方面创造了多项新纪录。

由于有线供电在技术上具有挑战性，且成本高昂，加上电池使用寿命有限、维护成本高，不少科学家已经开始研究如何利用机械能，如振动、身体运动、气流、水波等，以产生可再生的电力，实现器件和系统的“自供能”，解决小型设备的供电问题。

据訾云龙介绍，相比传统电磁感应发电，摩擦电的优势在于其不需要大型的磁铁设备。因此，摩擦电既能为物联网设备供电，还能应用在医疗领域等需要使用微型设备的场景，展现了很大的潜在优势。举例而言，一些植入人体的微型器械普遍面临充电不便的问题，如果相关科学技术取得关键性突破，病人通过简单的超声波就能实现为体内的设备充电。

“如果我使用鼠标时，鼠标和桌面摩擦产生的电可以同时为鼠标供电，这将会给生活带来很大的便利。”訾云龙以鼠标为例解释道，传统的电池和有线供电方式均存在应用限制问题，于是催生出对“能量采集”的需求，即收集环境中如震动、热、光等微小能量，并将其转换成电能的技术，摩擦电正是其中一种方式。

摩擦生电的现象在生活中随处可见，即使两只手摩擦一下，也能造成电荷转移，产生一定的电量。訾云龙说，自己从2014年开始专注于研究摩擦电，常常对生活中的摩擦生电进行测量，并发现产生的电压竟能高达几万伏。“这是日常生活中最容易忽略和损失的一种能量，如果能加以利用，将会带来巨大的科技进步，应用场景将非常广泛。”

然而，摩擦电的电压虽高，但产生的电荷数量十分有限，需要提高能量密度、达到一定功率才能实现设备供能。在訾云龙看来，这种供能方式其实就像“修大坝”，要修建一个牢固的大坝，以捕捉和收集摩擦产生的电量，将其储蓄起来，才能在需要用的时候收放自如。

除了对摩擦电展开基础研究外，訾云龙的研究还涵盖对自供能的无线传感方式、摩擦发光等方向的研究。近期，其研究团队将电磁波信号生成和商用传感器相结合，实现了适用于各种物理信号的摩擦放电效应使能的通用自供能无线传感解决方案。基于实时、自供能、无线和传感平台功能等特点，该方法适用于大多数商用传感器，在基础设施监控、环境监测、工业传感等智慧城市的许多应用场景中显示出巨大潜力。

据悉，“35岁以下科技创新35人”是由《麻省理工科技评论》自1999年创刊百年之际发起，旨在从全球范围内寻找和关注最有可能改变世界的青年科技人才，由DeepTech分别于2017年和2021年落地中国和亚太地区。经过多年的努力，在学术界和产业界获得了广泛认同，目前已成为科技领域极具影响力的青年人才评价体系之一。

【记者】姚昱旸

【通讯员】港科广

【作者】 姚昱旸

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