近日，我校机自学院李忠杰副研究员课题组、张泉副教授与重庆大学郭恒宇教授合作，在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》（IF：19.924）上发表题为“Mechano-triboelectric Transduction of Sliding-mode Nanogenerators with Magnetic Pre-stress”的研究论文。
近年来，基于摩擦起电效应和静电感应的摩擦纳米发电机（triboelectric nanogenerators，TENGs）技术在能量收集和传感等各个领域都显示出巨大的潜力。其中，滑动式TENG因其材料来源广泛、制造简单、成本低、结构独特便于封装等优点更是引起了广泛关注。然而，滑动式TENG的主要问题是上下部分接触压力不足导致输出性能不高等。此外，有关机械外力和滑动式TENG电学性能的耦合特性研究报道较少。为此，本文提出了在滑动式TENG中外加柔性磁层的新策略，从理论和实验角度研究了磁预紧力引起的机电耦合效应（magnetically stresses TENG，MS-TENG），如图1所示。通过引入磁预紧力系数，从理论上研究了MS-TENG的机电特性。考虑磁预紧力、负载电阻和滑动频率对MS-TENG在低速滑动下的影响，通过等效电路模型推导了MS-TENG的输出性能，包括开路电压、输出功率和能量。在此基础上，通过相应的实验研究了所制备的MS-TENG的输出性能与磁预紧力或负载电阻或滑动频率之间的关系。实验结果与理论计算结果展现出了较好的一致性，有效地揭示了磁预紧力在MS-TENG上的作用原理，说明了磁预紧力在MS-TENG上的输出性能与滑动频率、负载电阻等其他激励之间的关系。本文旨在提供一个理论描述和实验验证磁预紧力对滑动式TENG性能增强的影响。
MS-TENG的结构示意图以及理论和实验开路电压输出结果比较
本文第一署名单位为上海大学，论文第一作者为上海大学博士研究生章钦，上海大学李忠杰副研究员、张泉副教授和重庆大学郭恒宇教授为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金（编号：62001281）、上海市科学技术委员会（编号：22dz1204300）和上海市杰出学术带头人计划（编号：20XD1421700）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202301655