液滴摩擦纳米发电机（D-TENG）通过液滴与介电层的接触起电和静电感应，将液滴机械能转化为电能，具有低成本、制备简单的优势，可应用于自供电传感、辅助电源及医疗保健领域，但能量转换过程中的损耗限制了其总输出。此前研究多聚焦D-TENG几何与物理设计优化，但忽视了流体系统设计对液量平均转换效率的影响，且多通道并行设计中，液滴尺寸差异导致功率输出无法随通道数线性增长。
为此，浙江大学许忠斌教授、浙大城市学院黄兴副教授等人开发了一种超疏水微流控液滴摩擦纳米发电机，通过精准控制多通道液滴的尺寸与均匀性，使16通道设备的电能输出较单通道提升7倍以上，实现了显著的性能突破。该设计为在屋檐、河岸等场景下高效收集雨水等分散式液滴能量提供了一种稳定、高效的解决方案。相关研究以“Superhydrophobic Microfluidic Engineered Droplet Triboelectric Nanogenerator for Optimizing Multichannel Energy Conversion”为题目，发表在期刊《Energy》上。
本文要点：
1、本研究开发了一种重力驱动的超疏水微流控系统，用于优化多通道液滴摩擦纳米发电机（D-TENG）的能量转换效率。
2、通过树状多通道微流控芯片和重力驱动超疏水开放式微流控液滴发生器，实现了空气中均匀液滴的并行生成。
3、系统结构与关键参数经优化后，确定了最佳液滴尺寸为3.63 mm，可显著提高单位体积液体的能量输出。
4、实验表明，16通道D-TENG驱动LED的时均亮度为单通道的7倍以上，展现出稳定高效的电能输出能力。
5、该装置在屋檐雨水收集、河岸及水坝周边能量捕获等场景中具有广阔应用前景，可作为房屋、路灯、船舶等设施的辅助电源。
该研究的16通道D-TENG虽实现LED亮度7倍提升，但未达到理论16倍，导致这一差距的主要原因是什么？未来可通过哪些方向改进？
一、差距原因
1、液滴接触位置敏感性：D-TENG发电效率对液滴接触位置极端敏感，而现有装置中液滴出口表面特性不足，导致多通道中液滴着陆位置一致性差。
2、D-TENG结构一致性不足：制备过程中，各D-TENG的介电层结构（如微柱阵列）、表面疏水性存在差异，导致单通道输出电压波动，无法实现理想的通道间性能叠加。
二、改进方向
1、优化液滴出口设计：改进GSOM液滴发生器的出口表面特性（如调整微柱阵列密度、优化超疏水涂层均匀性），提升液滴着陆位置的一致性。
2、提升D-TENG制备精度：采用更精准的光刻、喷涂工艺，保证多通道D-TENG介电层（PDMS-PTFE膜）的结构均匀性与表面疏水性一致性，减少单通道性能差异。
3、通道数扩展与集成：基于现有拟合方程（E=0.01276n+0.02295），未来可进一步扩展通道数，同时通过上述改进降低通道间损耗，实现输出性能的更高效放大。
图1：超疏水微流控工程化液滴摩擦纳米发电机及最优液滴尺寸
图2：液滴摩擦纳米发电机结构与运行参数的优化
图3：多通道超疏水开放式微流控系统的设计
图4：多通道微流控工程化液滴摩擦纳米发电机性能
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.139210
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