基于COMSOL模拟的球形摩擦纳米发电机的发电特性

邱宇¹，裴俊乐¹，杨德超²，李冰¹，王晓娜¹
（1.大连理工大学 物理与光电工程学院，辽宁 大连 116024;2.大连东软信息学院 电子工程系，辽宁 大连 1116024）

　　摘　要： 通过COMSOL Multiphysics 有限元模拟软件，研究了以铝片和聚四氟乙烯(PTFE)小球为材料的球形摩擦纳米发电机的发电过程和发电特性. 通过合理设置参量，模拟球形摩擦纳米发电机发电过程中空间电势的变化情况，显示了电荷被驱动的过程；通过控制变量法，研究了该球形摩擦纳米发电机的开路电压对PTFE小球的数目和尺寸、铝片的数目等因素的依赖关系. 研究结果表明：三维球形摩擦发电机可以搜集全方位的机械能，小球在球壳内部空间位置的运动，导致连接不同铝片的电路中的电荷转移，从而引起空间电势的改变，产生交流电信号，即把小球运动的机械能转化为电能. 不同铝片之间的开路电压随小球半径的增大、小球数目的增加或铝片数目的增加都呈现出先增加后减小的变化规律.
　　关键词： 摩擦纳米发电机；机械能；空间电势;COMSOL
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