当时气候问题渐渐的变成为国际面对的首要应战之一，加速开展清洁动力对完结可持续开展具有极端重大意义，也是全球各国的一致。作为海洋中的首要可再生清洁动力储藏之一，波涛能具有散布广泛、储量巨大的特色。开发利用波涛能是优化全球动力结构和完结碳中和的重要办法之一，但是，其在技能上也面对着极大的应战。冲突纳米发电机（triboelectric nanogenerator，TENG）为波涛能搜集及其它海洋蓝色动力开发供给了新的技能道路。依据蓝色动力的想象，很多TENG单元构成的散布式网络有望完结大规划波涛能搜集。尽管现在关于搜集波涛能的TENG单元已有较多的研讨，但关于怎么对很多单元进行安排并构成网络的研讨还较少，特别是缺少怎么规划有用的三维网络，将能量搜集延伸至水下必定深度的思路。

  图1 三维手性TENG网络概念。（A）概念图。（B）手性网络作业原理。（C，D）网络在水中处于初态（C）和拉伸态（D）的相片。比尺：8 cm。（E，F）手性单元在初态（E）和拉伸态（F）的力-力矩耦合。（G，H）水力-重力绷簧在初态（G）和拉伸态（H）的示意图。

  图2 网络单元的结构、作业原理及输出功能。（A）手性单元结构示意图。（B）手性单元相片。比尺：2 cm。（C）摇摆方式示意图。（D）TENG作业原理图。（E，F）摇摆视点与搬运电荷量（E）和短路电流（F）的联系。（G）TENG对不同电容值电容的充电特性。（H）TENG在不同阻值负载下峰值电流、峰值功率和平均功率。（I，J）搬运电荷量（I）和整流短路电流（J）与单元数量的联系。

  图3 三维手性TENG网络的结构和特性。（A-C）串联（A）、并联（B）和混联（C）结构的手性链示意图。（D）串联链中手性单元垂向受力剖析图。（E，F）垂向（E）和横向（F）能量搜集示意图。

  超资料（metamaterial）作为一种包括根底几许结构单元的人工资料，完结了新的资料规划自由度，展现调控电磁波的才能，并可完结各种奇特的性质，如负相速度、隐形等。近年来，超资料研讨由电磁波范畴拓宽到声学和力学等范畴，表现出超资料对调控不同方式波的普适性。在此根底上，能够想象一种包括散布式单元且单元间依据超资料结构相互衔接的机械体系，完结与环境的强耦合并从中提取动摇的能量。依据这一思维，中科院北京纳米动力与体系研讨所许亮/王中林课题组提出了一种三维手性冲突纳米发电机网络（three-dimensional chiral network of TENGs），初次完好完结了蓝色动力TENG网络的想象，能够对水面和水下必定深度及全方向的水波能进行搜集，并在水中表现出柔性、超弹性以及相似于超资料的吸波特性。

  图4 手性网络波涛能搜集功能。（A）网络结构改换示意图。（B）手性与非手性网络的短路电流。（C）不同结尾束缚状况网络的搬运电荷量。（D）串联网络在水波垂向鼓励下的运动进程。（E，F）串联网络的短路电流（E）和搬运电荷量（F）。（G，H）波涛高度与串联网络（G）和并联网络（H）峰值电流和搬运电荷量的联系。（I，J）鼓励频率与串联网络（I）和并联网络（J）峰值电流和搬运电荷量的联系。（K）横向鼓励下并联网络单周期输出。（L）并联网络输出功率与负载的联系。（M）单层和三层网络的输出功率比照。

  图5 手性网络的能量办理。（A）能量办理电路图。（B，C）开关电流（B）及扩大图（C）。（D）负载与瞬时电流和功率的联系。（E）依据能量办理的充电功率的提高。

  该三维网络的规划依据手性超资料结构，包括浮子、手性单元以及单元间的衔接“韧带”等。在TENG单元的一侧附有半球壳形质量块，构成非平衡结构，笔直方向的各层单元由衔接“韧带”进行非对称衔接，构成手性长链，顶层的浮子使网络与水面坚持较为固定的相对方位。依据手性结构的力-力矩耦合，网络能够将水波的崎岖等鼓励转化为手性单元的旋转或摇摆运动，有用驱动TENG单元的内部结构作业。网络中详细涉及到重力-浮力力矩和驱动力矩等力矩的交互效果，在波涛驱动下构成往复的全体拉伸和缩短运动，相似绷簧的行为，构成一种“水力-重力绷簧”（hydro-gravity spring），其间部分能量由TENG转化为电能输出。网络中，离散的单元通过手性相关，可完结有用地传导能量和运动，将部分的鼓励传递到网络的不同部分，其动态特性相似于手性机械超资料关于机械波的呼应，波涛在传达通过该网络后，能量将被网络吸收，然后逐渐减小起伏。该网络具有串联、并联及混联等联接方式，其间串联网络需求较小的驱动力和较大的驱动间隔，而并联网络需求较大的驱动力和较小的驱动间隔，混联网络是两者的混合。网络能够呼应垂向和侧向的鼓励，从水波及其它水体扰动中搜集能量，具有全方向的能量搜集才能。网络能够装备为不同规划、不同深度，习惯不一样规模的水体能量搜集。网络的散布式架构、柔性和超弹性等特性使其有或许更好地习惯杂乱的海洋环境。

  图6 手性网络的使用与展望。（A）大规划三维手性TENG网络作为海上能量站的使用示意图。（B）大规划手性网络的波涛吸收示意图。（C）三维手性网络点亮348个发光二极管（LED）。（D）依据TENG网络的自驱动体系示意图。（E）电容电压曲线。（F）三维手性网络驱动无线温湿度计。

  该作业还构建了高功能的能量办理电路，使得存储的能量比较办理条件高了约319倍。在此根底上，完好构建了包括单元-三维网络-能量办理-使用的依据蓝色动力的自驱动体系，并展现了自供电传感和信号传输的才能。该三维手性网络初次完好完结了蓝色动力的想象，而且提出了一种有用的网络构建思维和战略，将为蓝色动力搜集和海洋自驱动体系的逐渐开展供给重要的根底。本作业还提出了从机械超资料迁移到能量搜集体系的规划范式，二者在机械波的吸收和转化方面具有相似性，将有或许启示依据超资料的新式能量搜集体系和其他多单元强耦合机械体系的规划思路，并进一步丰厚超资料的概念。别的，网络完结的散布式机械单元也可视为一种集群架构，相似于自然界中的蚁群或蜂群，近年来，研讨者提出了一系列很多细小机器人的集群来完结特定使命，这些机器人之间一般具有松懈及局域的交互。而本文提出的体系的单元之间有较强的相关，与环境也有较强的耦合效果，在环境的鼓励下表现出相关运动和集群行为，以此来完结了一种新颖的集群体系，有或许完结由传统单体机械体系所没办法完结的使命或难以达到的功能。