自供電森林火災報警系統示意圖以及電學輸出性質

近日，河南大學光伏材料省重點實驗室黃河學者特聘教授王新課題組在自驅動傳感系統的研究領域取得重要進展，研究成果以“Self-powered forest fire alarm system based on impedance matching effect between triboelectric nanogenerator and thermosensitive sensor”為題，發表在國際能源領域頂級期刊《Nano Energy》(影響因子16.54)。

近年來，頻發的森林火災事故引起了全球的廣泛關注，火災事故的預報警系統也尤其重要。然而，目前商用的火災報警器(如煙霧、紅外、溫度傳感器)需要外部電源驅動，它們的應用受到頻繁充電或更換電池的限制。因此，開發無外部電源的森林火災報警系統仍然是一個嚴峻的挑戰。

針對上述問題，王新教授課題組基于摩擦電納米發電機(TENG)與熱敏傳感器之間的阻抗匹配效應，提出了一種全新的自供電森林火災預/報警系統(FFAS)策略，系統由一個封裝的球形獨立式摩擦電納米發電機作為電源，多巴胺修飾的氧化石墨烯作為熱敏傳感器，商用LED作為報警器組成，詳細研究了熱敏傳感器在100~350℃高溫和明火條件下的阻抗變化。基于摩擦納米發動機與熱敏傳感器之間的阻抗匹配效應，研究了自供電森林火災預警系統的電學輸出性能，發現快速火災響應時間(3秒)與明火時電阻變化的響應時間一致。當溫度升高或熱敏傳感器周圍出現明火時，摩擦納米發動機獲取風能轉化電能，提供電源能夠長時間點亮LED報警系統，成為森林火災快速監測和預/報警有效策略。同時，火災監測系統不僅用于森林防火預/報警，而且在高層建筑、工業生產等各個領域也具有重要應用，將極大推動自供電無線監測網絡、物聯網、生態環境和全球氣候等領域的發展。

河南大學為論文的第一完成單位，劉文全博士(聯合培養生)為第一作者，王新教授為第一通訊作者，東北師范大學單桂曄教授為論文的共同通訊作者。研究工作受到國家自然科學基金面上項目、河南大學黃河學者資金等項目的資助。

王新教授課題組在光伏實驗室主任張偉風教授和實驗室同事的大力支持下，主要致力于摩擦納米發電、柔性物理電子器件和電子皮膚等領域的研究。目前課題組成員在《ACS Nano》、 《Journal of the American Chemical Society》、 《Journal of Materials Chemistry A》、 《Nano Research》、 《Chemistry of Materials》、 《Journal of Physical Chemistry B》等國際知名SCI期刊發表論文30余篇，獲批專利4項，主持國家自然科學基金委基金項目3項和中國科學院青年促進會基金項目，參與了包括國家自然科學基金重點項目、 863項目和中科院戰略先導專項項目等10余項，在柔性和可拉伸摩擦納米發電器件和自驅動傳感器等研究領域取得了一系列研究成果。同時課題組與國內外知名研究機構，包括中科院北京能源系統所、中科院長春光機所、北京大學、清華大學、東北師范大學、中科院蘇州納米所、美國加州大學、佐治亞理工學院、普渡大學、荷蘭阿姆斯特丹大學等開展廣泛的交流和合作。