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抽象
自供电性是便携式设备发展的新趋势。收集生物力学能量为个人信息电子设备提供动力具有重要意义。在这项工作中，我们报告了一种可穿戴的非接触式自由旋转混合纳米发电机（WRG），它由摩擦电纳米发电机和电磁发电机组成。在外力的瞬时激励期间，可以实现超过2秒的连续输出，由于其独特的机械储能设计，与其他可穿戴纳米发电机相比，其提高了两个数量级。WRG可以集成到鞋子中，在每次步进中产生14.68 mJ的输出能量，满足大多数个人信息电子设备的功率要求。无线传感器，GPS和智能手机可以由WRG连续供电。WRG有望在未来广泛应用于自供电信息电子器件。
1 引言
随着信息时代的到来，个人依靠电子设备进行信息传感，通信和计算。1-2这些应用使用电池供电的设备，其电池的使用寿命有限。4、5为数十亿这些分布式设备供电是一个巨大的挑战。6、7到目前为止，电源的有限容量阻碍了可穿戴/便携式信息电子设备的使用寿命和性能。8、9开发高效稳定的可穿戴能量收集技术是当务之急。票价：10、11 元幸运的是，能量收集技术和设备已经展示了为纳米发电机、电磁发生器（EMG）和生物燃料电池等信息电子设备供电的独特能力。12~17
纳米发电机作为一种新型的可再生、可持续能源技术，自2006年以来一直得到全面报道。票价：17、18 元该技术可以基于摩擦电或压电效应将机械能转换为电能。19~22一些研究已经将摩擦电纳米发电机（TENG）集成到商业鞋中，以从人体运动中收集生物力学能量，从而实时点亮LED。24~27此外，基于压电和电磁感应效应的纳米发电机也被用于为可穿戴信息电子设备供电。票价：8、21、27、28 元这些能量收集技术在移动应用中显示出令人鼓舞的前景。29~32然而，生物力学运动总是不连续的，频率低。34 对于现有的可穿戴纳米发电机，每个生物力学运动只能产生数十毫秒的有效输出。保持能量收集器有效地清除生物力学能量和信息电子的电力是很困难的。基于旋转盘的TENG可以产生连续的高频输出，这为连续驱动电子设备提供了机会。票价：35、36 元
机械储能技术已广泛应用于液压和风力发电，以增加有效输出时间。票价：37、38 元水的重力势能由大坝储存并缓慢释放，以实现连续高效的发电。在这里，我们展示了一种可穿戴的非接触式自由旋转混合纳米发电机（WRG），作为基于机械储能技术的移动电源。WRG还命名为"风火轮纳米发电机"，其灵感来自中国关于哪吒的神话。WRG可以通过独特的机械传动结构将人体的非连续重力势能转化为转子的连续旋转动能。外力的瞬时激励可以在2秒内产生连续的电输出。与其他可穿戴纳米发电机相比，有效输出时间提高了两个数量级。WRG在一次步进中可以产生14.68 mJ的能量，满足大多数移动信息电子设备的功率要求。此外，WRG在无线传感器，GPS和智能手机持续稳定地供电方面已经实现，预计未来将应用于自供电信息电子设备。
2 结果和讨论
如图1A所示，WRG的结构主要由两部分组成：混合纳米发电机和可穿戴重力势能存储部分。混合纳米发电机由非接触式自由旋转的TENG和EMG组成。利用激光切割技术，制造了两个直径为60 mm，厚度为5 mm的圆形亚克力圆盘作为基板。六块磁铁以交替磁性方式作为转子固定在亚克力盘中，相应的六个线圈被固定在另一个亚克力盘中作为定子。同时，将一块聚四氟乙烯（PTFE）薄膜（厚度∼300μm）定制为六段结构，并作为摩擦带电层的作用，该层附着在转子上。两个具有互补的六段形状（厚度∼500μm，直径6厘米）的分离铝板作为固定金属电极连接到定子上（图1A，B）。为了在电气化过程中增加摩擦电荷密度，我们在带摩擦电层和金属电极上制造了微图案结构。票价：39、40 元电感耦合等离子体（ICP）工艺用于通过反应离子蚀刻在PTFE薄膜表面上雕刻纳米棒（图1D）。
可穿戴重力势能存储部分通过3D打印和激光切割技术制造（图S1）。由于独特的机械传动结构，WRG可以将人体的重力势能转化为转子的旋转动能。当人体重力负荷在WRG上时，脚会向下踩踏板，将机架向前推。通过一系列的齿轮传动结构，即使齿条向后移动，可旋转的亚克力圆盘也会继续顺时针方向转动。因此，转子可以连续加速，并在人体运动期间达到13.74 rps的最大转速。非连续人体的重力势能转化为转子的连续旋转动能。然后，WRG可以基于静电感应和电磁感应产生不间断的电力。为了阐述 TENG 部件的工作原理，我们利用基于有限元仿真的 软件计算了电极在不同旋转运动状态下的电位分布（图 1F）。
混合纳米发电机的工作原理如图2A-D所示。混合纳米发电机可分为两部分：TENG和EMG。腾格的工作过程主要由以下两个步骤组成：初始接触充电步骤和循环旋转静电感应步骤。票价：41、42 元首先，将定制的PTFE薄膜与一块铝板接触，该铝板称为电极1（E1），而铝板的另一个互补部分称为电极2（E2）。在此过程中，来自铝片的自由电子将被注入PTFE薄膜的表面，因为两种材料的摩擦电极性不同。结果，PTFE薄膜表面保留净负电荷，铝板上保留净正电荷（图S2）。然后将两层用1毫米厚的空气介质隔开。
其次，独立式静电感应的完整循环包括旋转运动过程中的四个步骤（图2A）。43.在初始状态（步骤I）中，只有少数电子可以从E2流向E1，因为与两个相邻不同金属电极的质量中心之间的水平距离相比，垂直分离的距离相对较小。当PTFE薄膜从E1旋转到E2时，电子从E2流向E1，以消除PTFE薄膜上稳定的净负电荷产生的电位差（步骤II）。在PTFE扇形膜与E2完全重叠之前，大多数电子已经流向E1，并在E2上留下了大部分正电荷（步骤III）。在机芯的下一阶段，PTFE扇形薄膜的分析部分向E1的下一个片段移动。电子将从E2流回E1，导致输出电流具有相反的方向（步骤IV），直到分析的PTFE薄膜片段旋转回原始位置。这是腾能能量转换的一个操作周期。肌电图的工作原理基于法拉第电磁感应（图2C）。在亚克力板携带的磁铁的圆圈旋转过程中，肌电图可以通过线圈中磁通量的周期性变化产生交流电。票价：44、45 元
测量了由直流电机（约11 rps）驱动的TENG和EMG的性能。短路电流和开路电压分别如图2B和D所示。TENG可以产生更高的电压输出（~50 V），EMG可以产生更高的电流输出（~10 mA）。
直线电机（直线马达）用于模拟人体的重力势能变化，以测试WRG的电输出性能（图2E，F）。单负载压力机可以驱动混合纳米发电机达到13.74 rps的最大转速。可实现两秒以上的有效输出时间。TENG可提供约51.5 V的连续开路电压和约2.5 μA的短路电流。电压峰值随着转速的逐渐降低而保持稳定，而短路电流逐渐减小。开路电压和短路电流可以通过以下等式推导出来41，43，46：
(1)
(2)
(3)
在这里，Q断续器是短路传输的电荷。聚四氟乙烯薄膜的宽度定义为w。我们假设在底部介电表面只有一小块dk区域（该区域到底部介电表面左边缘的距离是k）包含密度为σ的摩擦电荷，相应地，金属电极1和2上的总电荷为σwdk。Ci（k）是这个小表面σwdk和金属电极之间的电容。因此，电压和转速之间没有相关性。I南卡罗来纳州与转速具有线性依赖性。
对于肌电图，短路电流和开路电压分别可达到15 mA和5.6 V。短路电流和开路电压都随着转速的逐渐降低而降低。开路电压和短路电流可以通过以下等式推导出来44：
(4)
(5)
在这里，V超频是开路电压，∅是指磁通量，t是指时间，R是源阻抗，I南卡罗来纳州指短路电流。因此，I南卡罗来纳州具有线性依赖电压和电流与转速的关系。
当由单个负载压力机驱动时，能量收集器的有效输出得到显着改善，这得益于可穿戴的重力势能存储部分。为了准确直观地评估WRG的电输出性能与转子转速之间的关系，图2E，F中测量并分析了输出峰值。
为了稳定和连续地驱动电子设备，使用电池和电容器作为储能单元。WRG的充电电路图如图3A所示。系统研究了TENG、EMG和混合动力发电机的充电容量。在这里，WRG由直线电机驱动。很明显，混合动力发电机的充电能力优于TENG和EMG（图3B）。在充电测试的初始阶段（130秒前），肌电贡献了WRG的大部分充电容量，但随着电容器的电压接近EMG的充电电压而迅速停滞。大约380秒后，TENG的充电能力开始超过EMG，成为WRG的主要贡献部分，因为TENG具有更高的输出电压。换句话说，肌电在湍流充电过程中贡献的电能最多，而TENG主要提供涓流充电的能量。和EMG之间的互补性提高了混合动力发电机的充电能力。此外，还评估了商用锂离子电池（~3.4 mAh）的WRG充电能力，可在2分钟内从1.9 V充电至3.3 V，如图3C所示。
为了研究WRG的TENG和EMG单元的阻抗，测量了不同负载电阻下的输出电流和电压。在统一的1 Hz负载压力机下，EMG的输出电压随着负载电阻的增加而增加，直到300 Ω然后转为减小。整个工作过程中的最大输出功率约为13.8 mW（图3E）。TENG的输出电压随着负载电阻的增加而明显增加，在5 MΩ负载电阻下，TENG的最大输出功率约为40.3 μW（图3F）。
为了证明WRG可以用作信息电子设备的电源，它被集成到GPS的商业鞋和电源中（图4B-E）。收集由跑步和步行引起的人体的重力势能变化，为GPS的电池（0.8 mAh）充电。我们成功地展示了一个自供电的GPS系统，可以实时监控移动个体的位置。自供电GPS系统在电子地图上获得路线（图4D），这将在电能短缺的紧急情况下提供潜在的应用，特别是在偏远地区。图4E解释了电容器的WRG的充电过程和GPS的放电过程。首先，电容器（470 μF）在8秒内充电至3.4 V，并由WRG继续充电。然后，启用GPS后，电容器的电压急剧下降到2.1 V，进入4秒的待机期。WRG可以在待机期间将GPS的电容器充电到工作电压，这将实现自供电GPS实时连续工作。
此外，WRG作为电源的普遍性也得到了证明。它可以为具有不同工作电压和功耗的信息电子设备供电。图5 G-I描述了由WRG供电的不同电子设备的实际工作条件。为了直观和全面地揭示WRG的通用性应用，它用于为三种类型的代表性信息电子设备供电，包括计算器（额定电压为1.5 V），无线温度传感器（额定电压为3 V）和手机（额定电压为5 V）。值得注意的是，由于有效输出时间和高输出功率，WRG可以驱动这些设备连续工作。通过将人体的重力势能转化为转子的旋转动能，WRG可以产生相对较高的有效输出，为各种可穿戴/便携式电子设备供电。
3 结论
综上所述，我们推出了一个由混合纳米发电机部分和可穿戴重力势能存储部分组成的WRG。非连续和低频的重力势能通过机械传动结构转化为连续的旋转动能。这种机械储能技术可用于小型化的各种可穿戴/便携式应用。
TENG和EMG基于静电感应和电磁感应产生电力，这是无接触效应，几乎没有相互干扰。因此，它们可以很容易地连接到电网进行发电。该混合方法有望在微纳能源和大规模能源系统的广泛领域得到应用。
WRG可以集成到商业鞋中，以收集人体运动能量，从而为信息电子提供稳定有效的电源。输出功率可以满足大多数具有不同工作电压（1-5 V）和功耗（0.1-10 mA）的信息电子设备，如GPS，计算器，无线温度传感器，甚至手机。此外，预计未来将构建下一代自供电的可穿戴/便携式信息电子产品。
4 方法
4.1 表征方法
扫描电子显微镜图像由日立场发射扫描电子显微镜（SU 8020）拍摄。WRG的输出电压和电流由静电计（ 6517系统）测量，并由示波器（ HD 4096）记录，机械激励由直线电机（ PS01-37 * 120-C）提供。
4.2 峰值功率的计算
峰值功率（PP）用于评估WRG的输出性能。PP可以通过以下等式推导：
urn：x-wiley：：media：：-math-0006
(6)
这里V麦克斯是最大输出电压。我麦克斯是不同负载电阻下的最大输出电流。
4.3 带摩擦层的制造
PTFE薄膜的纳米结构由ICP蚀刻系统（/SI 500）制造。首先，将一块PTFE薄膜（厚度∼300μm）定制成六段结构，并用酒精和去离子水冲洗。Au（Aurum）溅射到PTFE薄膜表面约30秒，并制成蚀刻过程的掩模。之后，通过ICP无功离子蚀刻300秒（ICP功率分别为400和100 W）对这种量身定制的PTFE薄膜进行蚀刻。ICP过程中的反应气体为CF4（30.0 sccm）、Ar （15.0 sccm） 和 O2（10.0 厘米）。然后，金底电极（50nm）通过磁控溅射（ 635）沉积在PTFE薄膜表面15分钟（溅射功率100 W）。最后，将Au底部电极通过导线接地，并通过电晕针施加5 kV的极化电压15分钟。
抽象
自供电性是便携式设备发展的新趋势。收集生物力学能量为个人信息电子设备提供动力具有重要意义。在这项工作中，我们报告了一种可穿戴的非接触式自由旋转混合纳米发电机（WRG），它由摩擦电纳米发电机和电磁发电机组成。在外力的瞬时激励期间，可以实现超过2秒的连续输出，由于其独特的机械储能设计，与其他可穿戴纳米发电机相比，其提高了两个数量级。WRG可以集成到鞋子中，在每次步进中产生14.68 mJ的输出能量，满足大多数个人信息电子设备的功率要求。无线传感器，GPS和智能手机可以由WRG连续供电。WRG有望在未来广泛应用于自供电信息电子器件。
1 引言
随着信息时代的到来，个人依靠电子设备进行信息传感，通信和计算。1-2这些应用使用电池供电的设备，其电池的使用寿命有限。4、5为数十亿这些分布式设备供电是一个巨大的挑战。6、7到目前为止，电源的有限容量阻碍了可穿戴/便携式信息电子设备的使用寿命和性能。8、9开发高效稳定的可穿戴能量收集技术是当务之急。票价：10、11 元幸运的是，能量收集技术和设备已经展示了为纳米发电机、电磁发生器（EMG）和生物燃料电池等信息电子设备供电的独特能力。12~17
纳米发电机作为一种新型的可再生、可持续能源技术，自2006年以来一直得到全面报道。票价：17、18 元该技术可以基于摩擦电或压电效应将机械能转换为电能。19~22一些研究已经将摩擦电纳米发电机（TENG）集成到商业鞋中，以从人体运动中收集生物力学能量，从而实时点亮LED。24~27此外，基于压电和电磁感应效应的纳米发电机也被用于为可穿戴信息电子设备供电。票价：8、21、27、28 元这些能量收集技术在移动应用中显示出令人鼓舞的前景。29~32然而，生物力学运动总是不连续的，频率低。34 对于现有的可穿戴纳米发电机，每个生物力学运动只能产生数十毫秒的有效输出。保持能量收集器有效地清除生物力学能量和信息电子的电力是很困难的。基于旋转盘的TENG可以产生连续的高频输出，这为连续驱动电子设备提供了机会。票价：35、36 元
机械储能技术已广泛应用于液压和风力发电，以增加有效输出时间。票价：37、38 元水的重力势能由大坝储存并缓慢释放，以实现连续高效的发电。在这里，我们展示了一种可穿戴的非接触式自由旋转混合纳米发电机（WRG），作为基于机械储能技术的移动电源。WRG还命名为"风火轮纳米发电机"，其灵感来自中国关于哪吒的神话。WRG可以通过独特的机械传动结构将人体的非连续重力势能转化为转子的连续旋转动能。外力的瞬时激励可以在2秒内产生连续的电输出。与其他可穿戴纳米发电机相比，有效输出时间提高了两个数量级。WRG在一次步进中可以产生14.68 mJ的能量，满足大多数移动信息电子设备的功率要求。此外，WRG在无线传感器，GPS和智能手机持续稳定地供电方面已经实现，预计未来将应用于自供电信息电子设备。
2 结果和讨论
如图1A所示，WRG的结构主要由两部分组成：混合纳米发电机和可穿戴重力势能存储部分。混合纳米发电机由非接触式自由旋转的TENG和EMG组成。利用激光切割技术，制造了两个直径为60 mm，厚度为5 mm的圆形亚克力圆盘作为基板。六块磁铁以交替磁性方式作为转子固定在亚克力盘中，相应的六个线圈被固定在另一个亚克力盘中作为定子。同时，将一块聚四氟乙烯（PTFE）薄膜（厚度∼300μm）定制为六段结构，并作为摩擦带电层的作用，该层附着在转子上。两个具有互补的六段形状（厚度∼500μm，直径6厘米）的分离铝板作为固定金属电极连接到定子上（图1A，B）。为了在电气化过程中增加摩擦电荷密度，我们在带摩擦电层和金属电极上制造了微图案结构。票价：39、40 元电感耦合等离子体（ICP）工艺用于通过反应离子蚀刻在PTFE薄膜表面上雕刻纳米棒（图1D）。
可穿戴重力势能存储部分通过3D打印和激光切割技术制造（图S1）。由于独特的机械传动结构，WRG可以将人体的重力势能转化为转子的旋转动能。当人体重力负荷在WRG上时，脚会向下踩踏板，将机架向前推。通过一系列的齿轮传动结构，即使齿条向后移动，可旋转的亚克力圆盘也会继续顺时针方向转动。因此，转子可以连续加速，并在人体运动期间达到13.74 rps的最大转速。非连续人体的重力势能转化为转子的连续旋转动能。然后，WRG可以基于静电感应和电磁感应产生不间断的电力。为了阐述 TENG 部件的工作原理，我们利用基于有限元仿真的 软件计算了电极在不同旋转运动状态下的电位分布（图 1F）。
混合纳米发电机的工作原理如图2A-D所示。混合纳米发电机可分为两部分：TENG和EMG。腾格的工作过程主要由以下两个步骤组成：初始接触充电步骤和循环旋转静电感应步骤。票价：41、42 元首先，将定制的PTFE薄膜与一块铝板接触，该铝板称为电极1（E1），而铝板的另一个互补部分称为电极2（E2）。在此过程中，来自铝片的自由电子将被注入PTFE薄膜的表面，因为两种材料的摩擦电极性不同。结果，PTFE薄膜表面保留净负电荷，铝板上保留净正电荷（图S2）。然后将两层用1毫米厚的空气介质隔开。
其次，独立式静电感应的完整循环包括旋转运动过程中的四个步骤（图2A）。43.在初始状态（步骤I）中，只有少数电子可以从E2流向E1，因为与两个相邻不同金属电极的质量中心之间的水平距离相比，垂直分离的距离相对较小。当PTFE薄膜从E1旋转到E2时，电子从E2流向E1，以消除PTFE薄膜上稳定的净负电荷产生的电位差（步骤II）。在PTFE扇形膜与E2完全重叠之前，大多数电子已经流向E1，并在E2上留下了大部分正电荷（步骤III）。在机芯的下一阶段，PTFE扇形薄膜的分析部分向E1的下一个片段移动。电子将从E2流回E1，导致输出电流具有相反的方向（步骤IV），直到分析的PTFE薄膜片段旋转回原始位置。这是腾能能量转换的一个操作周期。肌电图的工作原理基于法拉第电磁感应（图2C）。在亚克力板携带的磁铁的圆圈旋转过程中，肌电图可以通过线圈中磁通量的周期性变化产生交流电。票价：44、45 元
测量了由直流电机（约11 rps）驱动的TENG和EMG的性能。短路电流和开路电压分别如图2B和D所示。TENG可以产生更高的电压输出（~50 V），EMG可以产生更高的电流输出（~10 mA）。
直线电机（直线马达）用于模拟人体的重力势能变化，以测试WRG的电输出性能（图2E，F）。单负载压力机可以驱动混合纳米发电机达到13.74 rps的最大转速。可实现两秒以上的有效输出时间。TENG可提供约51.5 V的连续开路电压和约2.5 μA的短路电流。电压峰值随着转速的逐渐降低而保持稳定，而短路电流逐渐减小。开路电压和短路电流可以通过以下等式推导出来41，43，46：
(1)
(2)
(3)
在这里，Q断续器是短路传输的电荷。聚四氟乙烯薄膜的宽度定义为w。我们假设在底部介电表面只有一小块dk区域（该区域到底部介电表面左边缘的距离是k）包含密度为σ的摩擦电荷，相应地，金属电极1和2上的总电荷为σwdk。Ci（k）是这个小表面σwdk和金属电极之间的电容。因此，电压和转速之间没有相关性。I南卡罗来纳州与转速具有线性依赖性。
对于肌电图，短路电流和开路电压分别可达到15 mA和5.6 V。短路电流和开路电压都随着转速的逐渐降低而降低。开路电压和短路电流可以通过以下等式推导出来44：
(4)
(5)
在这里，V超频是开路电压，∅是指磁通量，t是指时间，R是源阻抗，I南卡罗来纳州指短路电流。因此，I南卡罗来纳州具有线性依赖电压和电流与转速的关系。
当由单个负载压力机驱动时，能量收集器的有效输出得到显着改善，这得益于可穿戴的重力势能存储部分。为了准确直观地评估WRG的电输出性能与转子转速之间的关系，图2E，F中测量并分析了输出峰值。
为了稳定和连续地驱动电子设备，使用电池和电容器作为储能单元。WRG的充电电路图如图3A所示。系统研究了TENG、EMG和混合动力发电机的充电容量。在这里，WRG由直线电机驱动。很明显，混合动力发电机的充电能力优于TENG和EMG（图3B）。在充电测试的初始阶段（130秒前），肌电贡献了WRG的大部分充电容量，但随着电容器的电压接近EMG的充电电压而迅速停滞。大约380秒后，TENG的充电能力开始超过EMG，成为WRG的主要贡献部分，因为TENG具有更高的输出电压。换句话说，肌电在湍流充电过程中贡献的电能最多，而TENG主要提供涓流充电的能量。和EMG之间的互补性提高了混合动力发电机的充电能力。此外，还评估了商用锂离子电池（~3.4 mAh）的WRG充电能力，可在2分钟内从1.9 V充电至3.3 V，如图3C所示。
为了研究WRG的TENG和EMG单元的阻抗，测量了不同负载电阻下的输出电流和电压。在统一的1 Hz负载压力机下，EMG的输出电压随着负载电阻的增加而增加，直到300 Ω然后转为减小。整个工作过程中的最大输出功率约为13.8 mW（图3E）。TENG的输出电压随着负载电阻的增加而明显增加，在5 MΩ负载电阻下，TENG的最大输出功率约为40.3 μW（图3F）。
为了证明WRG可以用作信息电子设备的电源，它被集成到GPS的商业鞋和电源中（图4B-E）。收集由跑步和步行引起的人体的重力势能变化，为GPS的电池（0.8 mAh）充电。我们成功地展示了一个自供电的GPS系统，可以实时监控移动个体的位置。自供电GPS系统在电子地图上获得路线（图4D），这将在电能短缺的紧急情况下提供潜在的应用，特别是在偏远地区。图4E解释了电容器的WRG的充电过程和GPS的放电过程。首先，电容器（470 μF）在8秒内充电至3.4 V，并由WRG继续充电。然后，启用GPS后，电容器的电压急剧下降到2.1 V，进入4秒的待机期。WRG可以在待机期间将GPS的电容器充电到工作电压，这将实现自供电GPS实时连续工作。
此外，WRG作为电源的普遍性也得到了证明。它可以为具有不同工作电压和功耗的信息电子设备供电。图5 G-I描述了由WRG供电的不同电子设备的实际工作条件。为了直观和全面地揭示WRG的通用性应用，它用于为三种类型的代表性信息电子设备供电，包括计算器（额定电压为1.5 V），无线温度传感器（额定电压为3 V）和手机（额定电压为5 V）。值得注意的是，由于有效输出时间和高输出功率，WRG可以驱动这些设备连续工作。通过将人体的重力势能转化为转子的旋转动能，WRG可以产生相对较高的有效输出，为各种可穿戴/便携式电子设备供电。
3 结论
综上所述，我们推出了一个由混合纳米发电机部分和可穿戴重力势能存储部分组成的WRG。非连续和低频的重力势能通过机械传动结构转化为连续的旋转动能。这种机械储能技术可用于小型化的各种可穿戴/便携式应用。
TENG和EMG基于静电感应和电磁感应产生电力，这是无接触效应，几乎没有相互干扰。因此，它们可以很容易地连接到电网进行发电。该混合方法有望在微纳能源和大规模能源系统的广泛领域得到应用。
WRG可以集成到商业鞋中，以收集人体运动能量，从而为信息电子提供稳定有效的电源。输出功率可以满足大多数具有不同工作电压（1-5 V）和功耗（0.1-10 mA）的信息电子设备，如GPS，计算器，无线温度传感器，甚至手机。此外，预计未来将构建下一代自供电的可穿戴/便携式信息电子产品。
4 方法
4.1 表征方法
扫描电子显微镜图像由日立场发射扫描电子显微镜（SU 8020）拍摄。WRG的输出电压和电流由静电计（ 6517系统）测量，并由示波器（ HD 4096）记录，机械激励由直线电机（ PS01-37 * 120-C）提供。
4.2 峰值功率的计算
峰值功率（PP）用于评估WRG的输出性能。PP可以通过以下等式推导：
urn：x-wiley：：media：：-math-0006
(6)
这里V麦克斯是最大输出电压。我麦克斯是不同负载电阻下的最大输出电流。
4.3 带摩擦层的制造
PTFE薄膜的纳米结构由ICP蚀刻系统（/SI 500）制造。首先，将一块PTFE薄膜（厚度∼300μm）定制成六段结构，并用酒精和去离子水冲洗。Au（Aurum）溅射到PTFE薄膜表面约30秒，并制成蚀刻过程的掩模。之后，通过ICP无功离子蚀刻300秒（ICP功率分别为400和100 W）对这种量身定制的PTFE薄膜进行蚀刻。ICP过程中的反应气体为CF4（30.0 sccm）、Ar （15.0 sccm） 和 O2（10.0 厘米）。然后，金底电极（50nm）通过磁控溅射（ 635）沉积在PTFE薄膜表面15分钟（溅射功率100 W）。最后，将Au底部电极通过导线接地，并通过电晕针施加5 kV的极化电压15分钟。
