多向复合摩擦纳米发电机在船舶波浪能收集中的应用与性能优化研究

本文提出一种结构简单的多向复合能量采集器（PE-TENG），结合压电薄膜（PVDF）与摩擦纳米发电机（TENG）技术，可高效集成于船舶系统并捕获多方向波浪动能。通过六自由度平台模拟海洋环境，优化悬臂梁厚度、铜箔面积及摩擦材料，最终开发的多层复合装置（MPE-TENG）输出达100.53 V电压、25.67 μA电流及514.91 μW峰值功率，成功驱动数百LED灯，验证其作为船舶蓝海能量收集工具的稳定性与可行性。

　　

Material specifications（材料规格）

PE-TENG使用的主要材料包括：FEP F46聚全氟乙丙烯薄膜（尺寸150 mm100 mm0.1 mm）、PET聚酯薄膜（尺寸150 mm100 mm0.1 mm）、铜箔（型号3J218，耐温120°C，分三种规格：100 mm50 mm0.05 mm单块、同尺寸双块及三块组合）。

Device design and working principle（装置设计与工作原理）

为收集海洋波浪能，本研究基于十字结构设计了一种新型压电-摩擦纳米发电机复合能量采集装置（PE-TENG）。图2展示了其整体结构与局部爆炸视图。装置包含铝合金底座、四根65MN弹簧钢制悬臂梁及树脂3D打印连接件。连接件由十字连接板、四组TENG单元和PVDF薄膜组成，通过多方向机械振动触发摩擦起电与压电效应，实现动能至电能的高效转换。

Conclusion（结论）

本研究设计并制备了一种结构简便的多方向波浪能收集复合装置（PE-TENG），通过系统优化悬臂梁厚度、TENG铜箔面积及摩擦材料，使其在大型客船上具备高效能量采集能力（表1）。最终开发的多层压电-摩擦电复合装置（MPE-TENG）展现出优越的输出性能与稳定性，为船舶蓝海能源收集提供了创新解决方案。