基于摩擦纳米发电机的自驱动霍尔车载传感器

先进的汽车安全系统对于交通事故的减少和驾驶员的安全至关重要。霍尔传感器是汽车安全系统中重要的部件,但其寿命受电池的限制。在汽车行驶中存在广泛的机械能,这些被浪费的机械能可以收集起来用于驱动小型汽车电子设备。摩擦纳米发电机是一种将微机械能转换为电能的新能源技术,已被广泛用于研究人体和环境机械能的收集。将摩擦纳米发电机和霍尔传感器结合,既可以有效地回收汽车行驶中损失的能量,也可以促进汽车安全系统的发展。

中国科学院北京纳米能源与系统研究所张弛研究员和郑州大学物理工程学院李新建教授共同开展了基于摩擦纳米发电机的自驱动霍尔车载传感器的研究,相关成果发表于Advanced Materials Technologies期刊(DOI: 10.1002/admt.201800140。该研究利用有机聚合物和金属薄膜制备了一个旋转式摩擦纳米发电机,来模拟车轮的旋转,通过整流和限流器件,设计了一个摩擦电恒流源电路,可以在摩擦纳米发电机任意速度旋转时提供稳定的直流电,这样的直流电作为霍尔传感器的供电电源,保证了传感器的稳定工作。进一步研究了自驱动霍尔车载传感器在速度传感与刹车监控方面的性能,实验表明,自驱动霍尔车载传感器对速度测量的灵敏度为0.22 Hz h km-1,对刹车踏板角度变化监控的灵敏度为0.08 mV °-1,具有良好的传感特性。当汽车行驶速度为60 km/h、刹车踏板的位移角为60°时,传感器输出的电压和频率可长期稳定保持在3.57 mV 和13 Hz附近,具有良好的稳定性和耐久性。这个工作不仅提供了一个针对霍尔传感器供电的有效解决方案,也展示了自驱动电子器件在未来汽车产业的潜在应用。