麥姆斯咨詢獲悉，近日，浙江師范大學精密機械與智能結構研究院團隊在《Journal of Materials Chemistry A》上發(fā)表了題為“On the electrostatic boundary effect: key influencing factors and underlying mechanisms in patterned triboelectric sensors”的研究論文。研究生蘇騰宏和雷霄為論文的共同第一作者，溫建明教授、李亞教授和王英廷教授為共同通訊作者，浙江師范大學為第一完成單位和通訊單位。研究聯合了國網吉林省電力有限公司長春供電公司，并獲國家自然科學基金、浙江省自然科學基金等資助。
圖1 摩擦電傳感器中混沌態(tài)與正常態(tài)的物理建模
本研究通過關鍵圖像直觀揭示了摩擦電傳感器中長期被忽視的邊界效應問題。通過對比電極邊緣與中心區(qū)域的電場分布，清晰展現出邊界處電場畸變導致的信號失真現象。當滑塊位于電極邊緣時，電場發(fā)生劇烈扭曲，電荷分布失衡，輸出信號呈現混亂狀態(tài)；而在中心區(qū)域，電場分布均勻，信號輸出穩(wěn)定。
圖2 橢圓電極不同位置處移動器的模擬示意圖
通過橢圓形電極的仿真模擬，呈現了邊界區(qū)域電場畸變的具體形態(tài)。圖中可見電極邊緣處電勢分布嚴重扭曲，電場線密集并向外泄漏，直觀解釋了邊界效應引發(fā)信號失真的物理機制。
圖3 10 mm執(zhí)行器在有無邊界效應情況下的測試結果
研究表明通過調節(jié)滑塊寬度使其始終處于電極有效區(qū)域內，可完全規(guī)避邊界干擾。左圖顯示窄滑塊跨越邊界時產生的混亂電壓曲線，右圖則展示了限制運動范圍后獲得的穩(wěn)定信號輸出，為解決邊界效應提供了簡單有效的工程方案。
該研究通過圖像化手段揭示了電極邊界效應的形成機制，為解決摩擦電傳感器信號失真問題提供了新思路，對提升柔性電子設備及智能傳感系統(tǒng)的可靠性具有重要價值。
《基于摩擦電的能量收集和傳感（TENG）-2020版》
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