bobapp官方下载入口bobapp官方下载入口环境中的可再生能源，如太阳能、风能、雨滴能等近年来备受关注，有望缓解全球能源短缺和环境污染问题。其中，雨滴具有分布广、能量密度高等优点，已被证明是实现可持续能源供应的有效解决方案之一。近年来，摩擦纳米发电机（TENG）被认为是雨滴能量采集的有效策略，可以实现全天候的能量采集和可持续的能源供应。然而，由于自然界降雨在数量、频率、密度和位置等方面的不规则性，目前设计出高效率的雨滴TENG（R-TENG）阵列仍面临巨大挑战

　　中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士、蒋涛研究员等人报道了一种高透明、大面积、高效率的R-TENG阵列，可以有效地收集不规则雨滴能量。研究表明，该R-TENG在雨中拥有比太阳能电池（37.03 mW m-2）更高的平均功率密度（40.80 mW m-2）。此外，作者还展示了一个自供电的无线光强监测系统，用于实时和全天的天气监测。这项工作为设计与太阳能电池板集成的高效TENG阵列以收集不规则雨滴能量和太阳能提供了有益指导。该研究以题为“Integrated Solar Panel with Triboelectric Nanogenerator Array for Synergistic Harvesting of Raindrop and Solar Energy”的论文发表在《Advanced Materials》上。

　　R-TENG阵列由多个R-TENG组成，具有合理的电极结构和阵列设计，避免了来自不同TENG的电荷抵消作用，从而降低了器件制造的复杂性。单个R-TENG的结构使在介电层表面包含一个顶部ITO电极，并在其背面沉积另一个ITO电极。作者选择了具有强电负性的氟化乙烯丙烯（FEP）薄膜作为带电层，同时具有疏水性。R-TENG的工作机理包含四种状态：液滴接触顶部电极前，外部电路中没有电荷转移；当扩散液滴与ITO顶部电极接触时，电子从顶部电极迅速流向底部电极；在液滴缩回阶段，电子逐渐回流到顶部电极；一旦液滴从顶部电极滑落，发电循环结束。结果表明，对于从16 cm高度滴下的72 μL液滴，R-TENG可以产生46 nC（213µC m -2）的输出电荷，是传统单电极TENG的19倍。

　　为了验证雨滴和太阳能混合能量收集的可行性，作者研究了集成R-TENG的太阳能电池的输出性能。在液滴频率为50 mL min -1、匹配电阻为2 MΩ的情况下，R-TENG的平均功率为30.60 μW（功率密度为40.80 mW m -2），高于500 Lux时太阳能电池的最大功率27.77 μW（功率密度为37.03 mW m -2）。作者还比较了R-TENG阵列（10个R-TENG）和太阳能电池板在雨水条件下的输出性能。在环境光强低于200 Lux、匹配电阻为2.4 MΩ的情况下，R-TENG阵列产生的平均功率为152.24 μW（平均功率密度为4.23 mW m -2）。此外，R-TENG阵列与太阳能电池板组合发电机在雨天的总功率也高于裸太阳能电池在雨天的输出功率，这有力地支持了雨滴与太阳能发电机组合策略实现全天候能量收集的可行性和有效性，特别是在雨天为电子产品提供可持续的电力供应。

　　作者开发了一套自供电无线光强监测系统，实现了对环境光强的实时监测。为了证明该自供电无线监控系统的可行性，作者进行了约1.5小时的远程信息监控，并使用集成发电机面板驱动无线传感器节点。作者将容量为147 μF的电容器在实验室光强约600 Lux的条件下，通过太阳能电池板充电至4 V，再通过R-TENG阵列充电至传感器节点的接通电压。当电容上的电压达到16 V时，无线传感器节点开始工作，检测环境光强，然后将信息传输给接收器。光强信息传输完成后，传感器节点进入睡眠状态，并由集成发电机充电3 min后再次激活。记录的时间和光强信息可用于某一区域光强的统计分析，证明了该全天候自供电无线环境监测系统不仅能实现实时光强监测，还能结合智能反馈系统实现信息闭环监测与反馈，在智能农场、气象监测等领域展现出巨大的应用前景。

　　总结：作者报道了一种高透明、大面积、结构简单、高效的R-TENG阵列，实现了全天候不规则雨滴和太阳能的收集。通过对比R-TENG与太阳能电池单元的电输出性能，发现R-TENG在降雨50 mL min -1时的最大平均功率密度（40.80 mW m -2）)高于太阳能电池（37.03 mW m -2, 500 Lux），证明了该R-TENG与太阳能电池集成的可行性和有效性。此外，作者构建了一个自供电无线环境监测系统，对环境光强和天气状况进行实时监测。该工作为未来大型R-TENG阵列面板的设计提供了指导，将在智能农业和气象监测中得到重要应用。

　　声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！