随着化石能源的广泛使用，环境污染问题日益突出，针对清洁能源的开发与利用至关重要。储能丰富的海洋蓝色能源作为清洁能源重要组成部分而备受社会各界关注。当今，能量高熵特性是海洋能开发与利用的瓶颈问题，而摩擦电纳米发电机（TENG）具有低频适应性好、结构简单、制造方便等优点，可有效解决上述问题。现有波浪能TENG按其分布方式可分为固定式和漂浮式结构。固定式TENG受波浪环境影响较小，样机的相对运动位移明显，但其固定困难；漂浮式结构TENG无固定点，可收集全方向能量，但受环境影响较大，电极运动受限。因此，急需开发具有波浪适应性好且相对运动位移大等优点的波浪能摩擦纳米发电机。

为了提升波浪能摩擦纳米发电机的适应能力，本工作提出了一种采用模块化电极的拉绳式波浪能俘获型摩擦纳米发电机（DS-TENG），该发电机由拉绳、辅助翼、定子和转子等结构组成。其工作原理为：波浪力作用于辅助翼，实现DS-TENG整体随波浪运动，进而通过拉绳拉动转子电极做功发电。此样机提高了水波适应性，实现了样机150 mm的大运动位移。此外，采用模块化电极，实现了发电机单元的可替换和电能的稳定输出。通过理论分析证明了DS-TENG结构的合理性和对波浪环境的适应能力；并实验研究了不同位移和频率下样机的输出能力以及不同接触间距下输出的稳定性。DS-TENG在150mm和1.0 Hz的条件下，可实现98.03 nC、3.63 μA、238.50 V和923.92µW的输出性能，并在11万次工作循环后，性能下降了6.11%。这项工作提出的拉绳结构以及模块化电极的研究思路，将为提升波浪能俘获型摩擦纳米发电机的波浪适应能力以及构型设计提供重要的指导。

图1 DS-TENG的应用背景、结构组成及工作原理。（a）样机的工作背景, （b）样机的结构组成,（c）模块化电极(i)和分布(ii)，（d）相对运动位移比较，（e）工作原理。

图2 DS-TENG的理论模型。（a）等效电路模型，（b）两TENGs并联的等效电路，（c）受力分析，（d）运动状态，（e）振动力学模型。

图3样机的基本性能测试。（a）样机测试原理，（b）单周期内的开路电压曲线，（c）DS-TENG的基本输出情况。

图4不同运动位移(i)和触发频率(ii)下的性能测试。不同运动位移（a）和触发频率（b）下的输出性能以及不同运动位移（c）和触发频率（d）下的负载功率。

图5DS-TENG耐久性试验。（a）DS-TENG不同摩擦厚度的耐久性试验，（b）基本输出，（c）不同厚度下的性能衰减率。

图6模拟波浪环境下DS-TENG的实验测量。不同波高（a）和波频（b）下的输出性能，（c）充电容量曲线，（d）给温湿度传感器供电，（e）模拟应用图。

温建明，教授、博士师导师，现为浙江师范大学研究生院院长，浙江师范大学微纳器件与系统研究中心副主任，浙江师范大学高水平创新团队负责人。研究方向为生物电阻抗检测技术、压电驱动与控制技术、微纳器件与微能源收集技术等，完成国家及省部级项目10项，横向课题3项。在Nano Energy、ACS Nano、IEEE Transactions on Industrial Electronics、Mechanical Systems and Signal Processing及机械工程学报、光学精密工程等期刊发表SCI/EI论文90余篇，授权发明专利43项，其中实现科技成果转化4项。

王中林，国际顶尖纳米科学家、能源技术专家，中国科学院外籍院士，欧洲科学院院士，台湾中央研究院院士，佐治亚理工学院终身教授，中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长，中国科学院大学纳米科学与工程学院首任院长。根据谷歌学术2021年3月最新数据，王中林院士的H指数达256，论文的总引用数超27万次，排在纳米领域世界第1名和材料学领域前列，2021全球十万名科学家综合排行榜位列第4位；他累计获得了国际能源与环境领域最高奖埃尼奖（2018年，被誉为“能源领域诺贝尔奖”），“阿尔伯特·爱因斯坦世界科学奖”（2019年，获此领域性最高奖的首位华人科学家）等20余项国际学术/讲座奖。

程廷海，研究员、博士生导师，现为中国科学院北京纳米能源与系统研究所智能结构与系统实验室负责人。主要开展微纳能源收集与利用、自驱动传感与系统和精密压电驱动与控制方面的研究，提出了系列机械模式摩擦纳米发电机的设计思想，研制开发出多种原理与类型的摩擦电式机械运动传感器，取得了一些国内外较有代表性的研究成果，积极推进摩擦纳米发电机在工业领域特别是机械行业的应用与发展。在Energy & Environmental Science、Advanced Energy Materials、MaterialsToday、Nano Energy等国际杂志上发表较高水平学术论文110余篇，主持科研项目多项。

Zhao D, Li H, Wang J, et al. A drawstring triboelectric nanogenerator with modular electrodes for harvesting wave energy. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-5796-6