近日，电子学院张晓升教授课题组在国际重要学术期刊《Nano Energy》（一区期刊，影响因子15.548）上发表了题为“Unidirectional-Current Triboelectric Nanogenerator Based on Periodical Lateral-Cantilevers”的论文。该工作基于周期√性侧向悬臂梁的创新设计，提出了一种新型的具有单向电流输出特性的微纳能源器件（UC-TENG）。硕士生刘盾为论文第一作者，张晓升教授为论文通讯作者，电子科技大学◢为论文唯一作者单位。

　　与传统摩擦纳米发电机（TENG）具有的交流输出→特性⊙不同，该工作创新的引入侧刷悬臂梁结构，并借助巧妙设计的导电网络和侧向悬臂梁的组合，将电ξ荷的运动控制在单一方向上，从而形成单向电流。通过仿真和测试，系统研究了所①提出的UC-TENG的工作机理，证明了该设计的输出波形具有均匀稳定的单向特性。此外，所制备UC-TENG还成功地应用于电容器和低功耗电子设备的直接、连续供电。这一创新改变了传统TENG的交流输出特性，实现了单向电流的输出，去除了TENG作为电源提供直流供电Ψ时所必需的整流环节，从而简化了传统TENG的电源管理电路；通过提高自供电微系统的集成度，更好地拓宽了TENG的实↘用价值①。

具有单向电流输出特性的微纳能源器件（UC-TENG）工作原理与实用展示

　　环境能量收集是一种能有效解决微系统供电需求的方法，具有广阔的市场前景与研究价值。近年来，学者们「基于压电、光电、电磁和热电效应等不同的工作机理，经开发出了多种获取环境能量的途径。而摩擦纳米发电机（TENG）作为一种新兴的环境能量收集技术发展迅速，已经被证明是一种可靠的微纳能←源。但TENG获取的是周期性的机械能，导致其具有固有的交流输出特性，需要先经过整流电路转换成单向电等处理，才能作为电源为直流负载供电。TENG的交流特性导致其无法直接为需要直流电的电子器件供电，极大的限制了其实际应ω用。而整流电路所带来的功耗会进一步影响TENG的输出性能，降低其供电能力和带负载能力。此外，由于整流电路的存在会导致TENG的系统更∞加复杂，集成化受阻，并限制了TENG的潜在应用，削弱了通过集成TENG以实现一体式自供电微系统的美好愿景。

　　为了◥解决上述问题，张晓升教授课题组通过引入周期性侧向悬臂◆梁结构，将感应电荷控制在单一方向上进行移动，突破了①传统 TENG 固有的交流输出特性，提出了※一种新型的单向电流摩擦电动纳米发电机。UC-TENG可以将旋转机械能转化为能够直接使用的单向电，而不需要任何整流电路。该工作使TENG应用中♂的电源管理电路得到简化，同时可以减少整流模块引起的功率损耗，提高卐功率传输效率。通过将印制电路板（PCB）工艺引入到UC-TENG中，使该器件具有高＠ 可靠性和低成本的前景。通过仿真和实验，验证了UC-TENG原理的可靠∑　性。所制备的装置可以直接为储能单元充电，仅需7.38 s即可将一个1 μF的电容器充电到10μV，且装置的最大功率为15.68? mW/m2。此外，该工作还证▽明了所制备的UC-TENG可以无需任何整流电路，直接驱动商△用电子产品（如温度计和计算器）。与传统的TENG相比，UC-TENG通过简化电源管理结构，增强了TENG的集成能力，形成一体化〖的自供电微系统，表现出了巨大的潜力，相信能够推动TENG在实际应用中产生重要的影响。

　　电子科学与工程学院微波电路与微系ζ　统集成团队长期从事智能集成微系统方向的研究工作，现有成员12人，其【中高级职称10人，国家级人才4人，承担参与国家级省部级等科研项目30余项，在柔性微纳电子●系统、射频微波集成微系统等重要方向上取得了一系列研究●成果∴。团队负责人张晓升教授是校“百人计划”入选者、博士生导师。主要研究领域是微电子机械系统（MEMS），在智能电路与集【成微系统、面向物联网的穿戴式々电子器件、微纳能源采集技术等多个重要前沿方向上开展了深入的√研究工作，取得了一系列研究成果。近五年来，张晓升教授在国际著名学术刊物上共发表论文60余篇，其中影※响因子大于12的一区期刊论文16篇，论文已被SCI他引1200+次（Google引用2000+次），其中ESI高被引论文2篇；申请发明专利30余项（授权22项），出版英文专著2本。入选IEEE Transactions on Nanotechnology编委会任Associate Editor，任TRANSDUCERS 2019、IEEE NEMS 2017-2020技术委员▆会委员及分会主席。累计获得中国电子学会优秀博士学位论文■等荣誉奖励20余项。受邀担任Nature Communications, ACS Nano, Advanced Energy Materials, Nano Energy等多个国际重要学术期刊的审稿人。

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　　论文链接：

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S221128552030327X