自2012年被发明以来，摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator, TENG）发展成为能源收集的主流技术之一。由于TENG的工作原理是基于摩擦起电效应和静电感应效应，TENG的开路电压很高。对于具有电响应特性的高内阻材料，TENG可以直接有效地驱动或者精确控制它们，这是实现自驱动智能系统的最直接的组合方式。对比其他自驱动电压电源，TENG具有结构设计灵活、成本低廉和选材范围广等优点，尤其在低频机械能收集方向具有很大的应用前景。

  近日，中国科学院北京纳米能源与系统研究所在《先进功能材料》杂志上发表特邀综述，着眼于可以被TENG的高输出电压直接驱动的材料和器件，概述了已报道的各种可以与TENG成功结合的应用方向，包括介电弹性体、压电陶瓷、铁电材料等功能材料，静电驱动器、静电空气净化器以及场发射和质谱仪等智能器件。同时，文章总结了选择材料和器件与TENG相互结合的关键因素，总结了TENG作为直接电源面临的挑战和对于该领域未来研究的展望。

  以TENG为核心的自驱动系统是纳米能源所所长、首席科学家王中林提出的纳米能源领域包含的重要方向之一，而TENG与各种功能材料和系统的结合是实现自驱动系统的最直接的方法，具有重要的研究价值。目前，在该方向上的主要进展如下：①基于介电弹性体的人工肌肉、智能开关、智能光栅等；②基于压电陶瓷的微型光调制驱动器；③基于铁电材料的记忆装置；④静电操纵器用于驱动和操纵微流体和微小物体；⑤静电吸附和空气净化器；⑥电子激发、离子发生器和便携式质谱仪等。在选择合适的技术与TENG结合的时候，研究人员倾向于选择具有较高绝缘特性的材料和器件，可以很好地保持住TENG产生的静电荷并且可以有效地利用TENG的高输出电压。其次，需要目标器件具有低功耗的特点，可以很好地配合TENG的输出能力。最后，研究人员希望与TENG结合的技术具有独特的功能，这样可以丰富TENG的应用领域。

  另一方面，以TENG为核心的自驱动系统可以发展出许多独特的功能。首先，TENG的自驱动特性可以从各种场景中吸取能量，代替原有的电源，实现对便携式的无源系统。其次，TENG可以瞬时把机械能转化为电信号，实现人机交互的桥梁。此外，在高电压器件的应用方向上，TENG有限的输出电荷可作为一种高灵敏的自保护措施，在出现电击穿等危险的时候快速降低输出电压，保护周围的人体和器件。因此，传统的电响应智能材料和器件，在与TENG结合之后可以诞生出很多新的和有应用价值的功能。随着TENG性能的不断提高，以及在应用领域的不断探索，各种多功能的复合系统会不断地被开发出来。

  相关研究工作发表在近期的Adv. Funct. Mater上 (Electrically Responsive Materials and Devices Directly Driven by the High Voltage of Triboelectric Nanogenerators. DOI: 10.1002/adfm.201806351)，王中林和陈翔宇是文章的共同通讯作者。

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  TENG和用于功能自供电系统的电响应材料/器件的组合。涵盖人工肌肉、微型执行器、记忆装置、静电操纵器、空气净化、电子激发和离子发生器等。