海歸學者發起的公益學術平臺
分享信息，整合資源
交流學術，偶爾風月
隨著微電子和信息技術的發展，功能化、集成化和無線化的電子產品引起了人們極大的興趣，具有廣闊的市場前景。這使得電子器件與外界環境的直接交互變得更加重要，其對可持續微能源的需求也變得迫切。
電子器件期待實現智能化與自驅動，這已成為發展物聯網技術的巨大推動力。摩擦納米發電機（TENG）是一種基於接觸起電與靜電感應耦合的新能源技術。由於內部電介質的存在，摩擦納米發電機可以在電容型負載上產生一個可保持的摩擦電勢，用於調控場效應晶體管中的載流子輸運特性。內部電介質也使得TENG具有很高的阻抗，無法直接為電子器件供電，這使得有效的電源管理技術成為了TENG走向實用化的關鍵。
摩擦電子（Tribotronics）是研究摩擦電與電子器件之間相互作用的新領域。近日，中國科學院北京納米能源與系統研究所張弛研究員和王中林院士領導的團隊，綜述了Tribotronics的最新進展。首先，回顧了接觸起電場效應晶體管作為摩擦電調控半導體器件的基本單元，以及其衍生出來的多種摩擦電功能器件，主要包括基於摩擦電調控的智能皮膚、邏輯電路、調諧二極管、觸覺傳感陣列、氣體傳感器以及電子水平儀等。這些工作展示了摩擦電對電子器件的有效調控，建立了電子器件面向外部環境的主動式機械感知。
此外，回顧了針對TENG的電源管理策略等工作，通過晶體管開關、續流二極管等電子器件實現了對TENG內部能量的最大化釋放、降壓升流和自主開關，展示了電子器件對摩擦電的高效管理。基於電源管理技術，TENG收集到的人體低頻運動能與環境微小機械能，可以輕鬆驅動商用便攜式電子器件與無線通訊裝置，有望在下一代可穿戴電子產品和分佈式無線傳感器網絡中，為自驅動微系統提供了完整的微能源解決方案。
Tribotronics作為一個新興的研究領域仍面臨著很多挑戰。例如，微/納米尺度的摩擦電效應、新材料的摩擦電效應，以及更高效的摩擦電管理技術等，都需要進一步的研究工作。Tribotronics體現了摩擦電與半導體的耦合，拓寬了納米能源和微電子領域的研究內容，並且在MEMS/NEMS、柔性電子學、無線傳感器網絡等方面有著重要影響和潛在應用。Tribotronics也將是材料、電子、信息、機電一體化、能源、環境等多學科合作研究的發展方向。
圖 摩擦電子（Tribotronics）新領域的形成及應用
相關研究論文以“摩擦電子用於主動式機械傳感和自驅動微系統”為題發表於最新一期的《先進功能材料》(Advanced Functional Materials) 期刊(DOI: 10.1002/adfm.201808114)，英文標題與摘要如下。
Tribotronics for Active Mechanosensation and Self-Powered Microsystems
Chi Zhang*, Tianzhao Bu, Junqing Zhao, Guoxu Liu, Hang Yang, Zhong Lin Wang*
Tribotronics has attracted great attention as a new research field that encompasses the control and tuning of semiconductor transport by triboelectricity. Here, tribotronics is reviewed in terms of active mechanosensation and human-machine interfacing. As a fundamental unit, contact electrification field-effect transistors are analyzed, in which the triboelectric potential can be used to control electrical transport in semiconductors. Several tribotronic functional devices have been developed for active control and information sensing, which has demonstrated triboelectricity-controlled electronics and established active mechanosensation for the external environment. In addition, the universal triboelectric power management strategy and the triboelectric nanogenerator-based constant sources are also reviewed, in which triboelectricity can be managed by electronics in the reverse action. With the implantation of triboelectric power management modules, the harvested triboelectricity by various kinds of human kinetic and environmental mechanical energy can be effectively managed as a power supply for self-powered microsystems. In terms of the research prospects for interactions between triboelectricity and semiconductors, tribotronics is expected to demonstrate significant impact and potential applications in micro-electro-mechanical systems/nano-electro-mechanical systems (MEMS/NEMS), flexible electronics, robotics, wireless sensor network, and Internet of Things.
閱讀更多 知社學術圈 的文章
