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摩擦起电是由两个材料相互摩擦导致的带电效应。摩擦起电是人类生活中不可避免的现象，会引起火灾、爆炸、射频信号干扰等问题，因此在生活中通常被当作一种负面效应。这种情况直到摩擦纳米发电机的成功发明才发生改变。摩擦纳米发电机可以利用摩擦起电和静电感应，实现机械能到电能的转换。自2012年发明以来，摩擦纳米发电机取得了迅猛发展，并在全球范围内引起了广泛关注。摩擦纳米发电机具有结构简单、造价低、低频下能量转换效率高等优点，可收集环境中各种形式的机械能，因此可以满足新时代分布式能源的需求。目前，摩擦纳米发电机的面功率密度达到了500 W·m–2, 能量转换效率高于50%，并在微/纳能源、自驱动系统、高压源、蓝色能源等应用中展现了巨大的应用前景。随着摩擦纳米发电机的快速发展，对摩擦纳米发电机的机理、性能提升方法、应用领域等研究进展进行全面的综述，可以为读者了解摩擦纳米发电机提供指导和参考。
本文聚焦于摩擦纳米发电机的基础理论，系统阐述提高摩擦纳米发电机表面电荷密度、输出功率的方法，进一步综述摩擦纳米发电机的近期研究进展，基于发展蓝图提出摩擦纳米发电机现存的科学问题及技术壁垒，为摩擦纳米发电机的长远发展指引方向。
1. 总结摩擦纳米发电机基础理论的研究进展
通过原子间相互作用模型解释摩擦起电主要机理为电子转移；推导麦克斯韦电流方程，指出摩擦纳米发电机本质为位移电流；介绍摩擦纳米发电机四种基本工作模式。
2. 归纳提高摩擦纳米发电机性能方法的研究现状
（1）提高摩擦纳米发电机电荷密度
目前，主要通过材料选择、提高接触效率、优化工作环境、超薄介质材料、电荷泵和电荷激励等方法来提高摩擦纳米发电机的电荷密度。
（2）提高摩擦纳米发电机输出功率
通过栅格微电极设计提高电流输出；利用叠层摩擦纳米发电机研究对称与非对称结构中寄生电容影响，指出寄生电容有利于提高转移电荷但会影响最大输出功率，指导摩擦纳米发电机性能优化。
（3）提高能量转化效率
主要通过变压器设计、附加单元设计（电容、开关、电感）、自动电源管理等电路设计优化提高摩擦纳米发电机与储能单元阻抗匹配度，提高其能量转换效率。
3. 综述摩擦纳米发电机在微/纳能源、自驱动系统、高压源、蓝色能源四大应用领域的最近研究进展
4. 总结了摩擦纳米发电机现存的科学问题及技术壁垒，为摩擦纳米发电机的长远发展指引方向。例如：固-固、固-液、液-液摩擦起电机理研究；摩擦纳米发电机功率提升；摩擦纳米发电机使用寿命问题；摩擦纳米发电机收集大规模蓝色能源的应用问题等。
本文对摩擦纳米发电机的机理研究、性能提升方法、应用领域等研究进展进行全面的综述，为读者了解摩擦纳米发电机提供指导和参考。
周灵琳，中科院北京纳米能源与系统研究所助理研究员。2018年获中国科学技术大学博士学位，研究领域包括摩擦纳米发电机性能提升及自驱动系统。
刘迪，中科院北京纳米能源与系统研究所在读博士研究生。研究领域包括摩擦纳米发电机性能提升及自驱动系统。
王杰，中科院北京纳米能源与系统研究所研究员。2008年获西安交通大学博士学位，研究领域包括能源材料、超级电容器、纳米发电机和自驱动系统。
王中林，中国科学院外籍院士和欧洲科学院院士，现为中科院北京纳米能源与系统研究所所长，科思技术研究院院长，佐治亚理工学院终身校董事讲席教授，Hightower终身讲席教授。在氧化物纳米带和纳米线合成、发现、表征和基本物理性质研究，以及纳米线在能源科学、电子、光电子和生物科学等研究领域的应用做出了原创和创新的贡献；发明了压电纳米发电机和摩擦纳米发电机，首次提出自驱动系统和蓝色能源的原创大概念，将纳米能源定义为“新时代的能源”；开创了压电电子学和压电光电子学两大学科，提出的原创新物理效应引领了第三代半导体纳米材料的基础研究。获2019年爱因斯坦世界科学奖（Albert Einstein World Award of Science）、2018年埃尼奖（ENI award – The “Nobel prize” for Energy）、2015年汤森路透引文桂冠奖、2014年美国物理学会James C. McGroddy新材料奖和2011年美国材料学会奖章(MRS Medal)等国际大奖。国际纳米能源领域著名刊物 Nano Energy（最新IF：16.6）的创刊主编和现任主编。
期刊简介
Friction（《摩擦（英文）》）是清华大学主办的国内首个摩擦学领域的国际性学术期刊，旨在发表和出版涵盖接触、摩擦、磨损、润滑、表面粘着和界面科学跨学科的创新性研究论文及专题性综述文章，致力于为国内外摩擦学和表面界面科学领域的学者搭建一流的国际学术交流平台，促进摩擦学在中国和国际学术界之间的交流和发展。其2019年度影响因子为5.290，在国际摩擦学领域15余种SCI-E数据库收录期刊中排名第一，成为我国乃至亚洲首个进入全球机械工程领域前10名的国际学术期刊（大类学科排名前8%），2020年在线发文量超过160篇。
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