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瑞典吕勒奥工业大学Yijun Shi等综述:用于未来空间任务的摩擦纳米发电机

来源:上海幂方电子科技有限公司 更新时间:2026-03-25 09:45:30 阅读量:67
导读:点击蓝字 关注我们Triboelectric Nanogenerators for Future Space

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Triboelectric Nanogenerators for Future Space Missions


Rayyan Ali Shaukat, Muhammad Muqeet Rehman, Maryam Khan, Rui Chang, Carlo Saverio Iorio, Yarjan Abdul Samad & Yijun Shi


Nano-Micro Letters (2026)18: 98

https://doi.org/10.1007/s40820-025-01944-5

本文亮点

1. 本综述重点介绍了各种空间环境下摩擦纳米发电机(TENG)的综合性能。

2. 本综述全面讨论了TENG在能源利用之外的多功能作用

3. 本综述前沿探讨了TENG在空间探索领域的未来趋势。

研究背景

航天探索与卫星系统的长期可靠运行,亟需能适应极端太空环境的先进能量采集技术。太空环境存在极宽温域、超高真空、强宇宙辐射、微重力、腐蚀性月尘及范艾伦辐射带等多重严苛条件,传统能源(太阳能电池、燃料电池、RTG)难以满足长期任务需求,其固有缺陷制约了航天技术发展。

摩擦纳米发电机(TENGs)为传统能源在航天技术中面临的挑战提供具有潜力的解决方案。TENGs能够有效将运动和环境波动(由航天器活动和微流星体碰撞产生的)产生的机械能转化为电能。在太阳能电池板效率较低的情况下,TENG可以减少对传统储能的依赖,在日食或光照不足的环境下作为辅助电源。TENG的紧凑轻便特性使其能够集成到航天器中,而无需承担大型且沉重的电池负担。此外,TENG装置的坚固结构使其能够承受严苛的太空环境。本综述聚焦基于 TENG 的自供能传感器支持太空探索、TENG 在卫星通信中的应用,以及这一非常规技术的未来展望。

内容简介

太空探索对科学创新突破、空间资源开发利用与地球安全防护具有重要战略意义,该领域涵盖卫星、航天服、通信系统及空间机器人等关键技术方向,相关装备均需在极端太空环境中实现稳定可靠运行 —— 需耐受?270~1650 ℃的极端温度、微重力环境、湿度低于 20% RH 或高于 60% RH 的极端湿度、约 1450 psi 的高气压,以及 4000~5000 mSv 的强辐射等严苛条件。当前为空间系统供能的传统能量收集技术,如太阳能电池、燃料电池与核能装置,均存在显著局限性,包括对光照的依赖性、器件自重较大、易发生性能降解、体积尺寸偏大、研发与应用成本高昂、储能容量偏低、存在放射性风险、系统设计复杂及能量转换效率较低等问题。传统能源的诸多短板,推动科研人员不断探索高效可行的非常规替代能源技术。摩擦纳米发电机(TENG)与现有能源系统的结合,在提升太空探索的能效、可持续性与任务续航能力等方面展现出巨大应用潜力。近年来,基于 TENG 的相关研究已逐步拓展至太空任务的多个应用场景,包括利用卫星与航天器的振动/运动进行能量收集、构建自供电传感系统,以及适配微重力环境的技术研发等。

瑞典吕勒奥工业大学Yijun Shi、阿联酋哈利法大学Yarjan Abdul Samad等人全面阐述了 TENG 在各类太空应用中的研究与应用进展,具体涵盖行星探测任务(如火星环境监测)、载人航天设备、在轨机器人作业与碰撞监测、航天器设计与结构健康监测、航空系统,以及与太阳能、核能等传统能量收集技术的融合应用;同时探讨了基于自供电 TENG 传感器的深空目标感知技术。此外,本文对比分析了 TENG 与传统空间能量收集技术的性能与应用特点,系统论述了卫星能量收集、基于 TENG 的卫星通信系统研发进展,并针对该技术未来工程化落地面临的挑战,提出了相应的解决方案与发展思路。

图文导读

I TENG概述

图1. 传统发电技术、用于航天任务的 TENGs、用于航天任务的自供能 TENG 传感器以及用于卫星作的自供能摩擦电传感器。

图 1 展示了传统空间能量收集技术、太空任务用摩擦纳米发电机(TENGs)、太空任务自供电 TENG 传感器及卫星操作自供电摩擦电传感器的整体应用思路,包括传统能量技术(太阳能、核能)、TENGs 在太空任务中的应用(如卫星、航天器)、自供电 TENG 传感器的具体场景(卫星通信、触觉传感、碰撞监测等),体现了TENGs 与传统技术的互补及在太空领域的多功能应用。

图2. a TENG基础工作模式示意图;b 接触分离TENG 工作机制示意图;c基本麦克斯韦方程与展开麦克斯韦方程比较示意图

图3. 一系列用于制造 TEG 器件的摩擦正负材料基础系列

图4. TENG 发展趋势路线图

摩擦纳米发电机(TENGs)拥有接触分离模式、横向滑动模式、单电极模式和自由层模式四种核心工作模式,不同模式精准适配各类太空应用场景,其中单电极模式适用于航天服穿戴设备,接触分离模式则可适配火星极端环境,为太空领域的能量供给提供了多样化解决方案。介电材料作为TENGs工作的核心支撑,其特性直接决定了发电机的工作效能与适配能力:在接触分离模式中,两种不同参数的介电材料是电荷转移与电势差产生的关键。因此,以材料摩擦极性从“最负电(Negative)”到“最正电(Positive)”排序,可以清晰反映了不同介电材料得失电子的能力——这种极性差异由材料的化学组成和表面官能团决定,含强电负性基团(如氟基)的介电材料易获得电子,含氨基等基团的介电材料则易失去电子,这一规律为太空应用TENG的材料选型提供了关键依据,选型过程中需兼顾介电材料的摩擦极性、机械耐久性及抗太空极端环境的能力,确保TENGs在太空场景中稳定发挥效能。

近二十年来,TENG技术发展实现了从基础理论到太空应用的历程及未来方向:自2006 年纳米压电技术被提出到2012 年TENG技术正式提出,2013-2023年实现小型化、自供电及可持续性突破,2024 年起聚焦太空任务等商业化应用。

II 空间任务和卫星系统的能量收集

图5. 航天器/任务能量收集技术概述

图 5 展示了航天器/太空任务所涉及的能量收集技术,包含先进太阳能发电(如空间级光伏板)、核能发电(如 RTGs、裂变动力系统)、摩擦纳米发电机和其他辅助能量收集技术(如电磁能量收集、阻尼能量回收等)。

图6. 太空应用中的太阳能收集。a POSS 聚酰亚胺封装的 GaAs 基太阳能电池(薄膜、三结)示意图;b POSS 聚酰亚胺薄膜的侵蚀产额测量结果;c 和 d POSS 聚酰亚胺薄膜的伽马射线暴露测试结果;e GaAs 基太阳能电池在紫外线/原子氧暴露前后的实物图;f 基于单凸透镜聚光的无线能量传输系统概念示意图;g 和 h 不同凸透镜在无线能量传输距离变化时的效率与电压特性;i 非球面透镜与聚光器的球差示意图;j 和 k 光纤束

图 6 聚焦太空应用中的太阳能收集技术。图6a-e为POSS聚酰亚胺封装的GaAs基柔性三结薄膜太阳能电池,其中GaInP?顶电池、GaAs中间电池、In?.?Ga?.?As底电池。经原子氧(AO)、紫外线(UV)、伽马射线和热循环测试后,能量转换效率达28.44%,POSS聚酰亚胺薄膜展现出稳定的抗侵蚀性能。图6f-k为基于聚光太阳光的无线能量传输系统,资源卫星通过凸透镜聚光、光纤束(OFB)传输,为太阳帆航天器无线供电的方案。通过对比不同平凸透镜的能量传输效率与电压特性,分析了球差/非球差对聚光的影响,验证了光纤长度对能量传输的作用(传输效率达87.3%)。

图7. 太空应用中的核能收集。a 多任务放射性同位素热电发生器(MMRTG)侧视示意图;b MMRTG 与增强型多任务放射性同位素热电发生器(eMMRTG)的热电性能;c eMMRTG 与 MMRTG 的热电偶;d MMRTG 在首个火星年的输出功率密度;e 输出功率随热端温度的变化关系;f 放射性同位素加热器(RHU)/ 放射性同位素热电发生器(RTG)在月球表面的应用;g 嫦娥四号 RTG 在仿真环境中的模型图;h 边界条件(月球表面)示意图;i 嫦娥四号 RTG 在整个月球日的输出性能

图 7 聚焦太空应用中的核能收集技术。图7a-e介绍了MMRTG 相关研究,展示 MMRTG 的侧视结构示意图,对比 MMRTG 与增强型 MMRTG(eMMRTG)的热电性能及MMRTG 在首个火星年的输出功率密度,以及输出功率随热端温度的变化关系。图 7f-i介绍了嫦娥四号 RTG 相关研究:展示了放射性同位素加热器(RHU)/RTG 在月球表面的应用场景,嫦娥四号 RTG 在 COMSOL 仿真环境中的模型及月球表面昼夜边界条件;图7i展示了嫦娥四号 RTG 在整个月球日的输出性能,证实其水平放置(面向太阳光)时可获得最大输出功率,且模型计算结果与实测值偏差小于 4%。

图8. 太空应用中的其他能量收集技术。a 可用作能量收集装置的电动力系绳;b 电动力系绳产生的输出功率变化;c 输出功率随任务运行时间的变化关系;d 轨道高度随任务运行时间的变化关系;e 功率及各类平均值随任务运行时间的变化关系;f 系统底部的空间系绳与弹性系绳;g 基于解析法的输出功率;h 分别沿正 Ψ 方向和正 η 方向的输出功率峰值点

图 8 聚焦太空应用中的其他能量收集技术,核心展示两种创新型系绳式能量收集方案及其性能特性。图8a-e为电动力系绳(EDTs)能量收集,展示了EDTs 作为能量收集装置的工作原理,以及输出功率随系绳长度、任务运行时间的变化关系,同时展示轨道高度与功率/各类平均值的动态关联。EDTs 可在传统能源不可用时产生3.8 kW显著功率,小型 EDTs 系统能量收集效率比太阳能电池高 50%。

图8f-h为月球轨道共振式空间系绳系统,展示基于共振现象的空间系绳与底部弹性系绳、阻尼器的结构设计,通过解析法得出输出功率特性,以及沿正Ψ和正η方向的输出功率峰值点分布;该系统可利用月球潮汐力引发的系绳伸长运动,通过机械阻尼进行能量收集。

III 空间环境/任务中的TENG应用

图9. 用于行星探测任务(火星环境)的TENGs。a 火星气象舱配置实物图;b 火星气象舱内测量的电压和电流;c 空气和二氧化碳等不同大气压下的输出电压;d 火星日温度变化曲线及未封装和封装状态下的输出电压;e 晴天和黑暗天气条件下的放电曲线;f 火星与地球环境下的输出性能对比;g 祝融号火星车着陆场景;h 适用于火星尘埃环境的降落伞;i 摩擦电尘埃-降落伞碰撞传感器(TDPCS)示意图;j 用于测试火星环境对 TDPCS 影响的真空操作平台及-90℃下的输出结果;k TDPCS 冲击监测系统的输出性能评估;l 双冲击测试的输出性能

图 9 聚焦TENGs在行星探测任务(火星环境)中的应用。通过搭建火星模拟气象舱(图 9a),监测不同火星环境参数对其输出的影响。TENG 在 CO?氛围(火星大气主要成分)中的开路电压(110V)远高于空气氛围(40V)。如果将TENG在密封的二氧化碳封装,使封装内部的压力保持在760托,那么其输出性能将比地球条件下提高157%(图 9c)。火星表面温度跨度大(-125℃至 20℃),实验显示 TENG 在宽温域内性能变化小,尤其夜间低温时仍能保持稳定输出,可弥补太阳能电池夜间效率骤降的缺陷(图 9d)。火星表面 UV 辐射强(254nm 波长为主),TENG 在 UV 照射下效率显著提升,白天输出高,夜间虽有 30% 电压下降,但仍高于初始水平,证明其昼夜适应性(图 9e)。

对于TENG在火星环境的实际应用,针对火星尘埃风暴对降落伞的冲击问题,设计含 TENG 的智能降落伞(图 9h),集成摩擦电尘埃-降落伞碰撞传感器(TDPCS) 和形状记忆合金(SMA)自修复结构(图 9i)。采用聚酯、芳纶为摩擦材料,铝箔为电极(40mm×40mm×2mm),在-90℃火星模拟环境中仍能稳定输出电压,精准监测尘埃与降落伞纤维的碰撞(图 9j)。通过双冲击测试(图 9l),即使伞面因气流和冲击剧烈振动,传感器仍能可靠生成碰撞信号,定位受损区域,同时 SMA 可修复伞面破洞(图 9k)。

图10. 用于航天器结构与健康监测的TENGs。a 提出的 A 阶段设计 TENG 示意图;b 宇航员在跑步机上运动的实物图;c COMSOL 环境下 TENG 器件的俯视图及各层结构;d 仿真结果;e TENG 仿真所用的网格;f 用于航天器控制力矩陀螺(CMG)单元的自供电紧凑型 TENG(CL-TENG)示意图;g CL-TENG 的三维结构示意图;h 集成 CL-TENG 的飞轮部件测试舱/测试环境;i 空间条件下 CL-TENG 的输出及快速傅里叶变换(FFT)计算结果;j 加速和减速过程中的输出性能

图 10 聚焦TENGs在航天器结构与健康监测中的应用。采用金合金(Au alloy)作为电极,Kapton 和 Ultem-9085 为摩擦电层,将TENG集成在宇航员跑步机上(图 10b),通过捕捉运动中的微小振动和动作,实现健康状态监测。基于 COMSOL 软件建模(图 10c 为器件俯视图及层结构,图 10e 为仿真网格),模拟结果显示(图 10d),当垂直位移为 250μm 时,TENG 最大输出电压可达 98V,灵敏度适配低频率周期性运动,适合人体运动监测场景。

将TENG装置于航天器外部,采用PTFE 介电环、保持架滚动轴承和柔性叉指电极(图 10g)组成TENG用于航天器飞轮系统健康监测,可监测飞轮轴承的基频振动及滚道与滚动体的打滑问题。在负压测试舱(模拟太空环境,图 10h)中开展测试,不同飞轮转速(1105、678、470 rpm)下的短路电流及快速傅里叶变换(FFT)结果(图 10i)显示,器件能精准捕捉振动信号;加速/减速过程中(图 10j),电压的大小变化对应转速的高低,可实时反映飞轮运行状态。

图11. 用于载人航天装备(航天服)的TENGs。a 适用于不同温度环境的 TENG 制备流程示意图;b、c 基于钛酸钡-硅气凝胶/针刺毡(BT-SAG/NF)的 TENG 器件输出性能;d、e 基于 BT-SAG/NF 的 TENG 器件在高温下的输出性能;f 驱动二极管灯泡的实物图;g 用于航天服的织物基摩擦-压电复合纳米发电机(PTNGs)与超级电容器集成装置;h 超级电容器在不同温度下的循环伏安曲线;i 不同温度下、弯曲半径为 3.5 mm 时的输出电压

图 11 核心聚焦两款适配航天服的摩擦纳米发电机(TENGs)设计,针对载人航天极端温度、柔性贴合等需求,实现自供电功能,支撑航天服穿戴设备运行。图11a-f以耐高温硅气凝胶(SAG)/针刺毡(NF)为基底,掺入钛酸钡(BT)颗粒提升介电性能,在常温(25℃)和高温环境(最高 300℃)下,器件仍能稳定输出,功率密度最高达 31.9 mW/m2,可直接驱动二极管灯泡,且具备柔性特性,能贴合航天服形态,且适配航天服可能面临的极端高温场景。

此外,采用环糊精织物为核心,将TENG与超级电容器集成(图 11g),形成自充电电源系统,专为航天服穿戴设备设计,兼顾柔性和低功耗需求。超级电容器在宽温度范围(-80℃至 25℃)内电化学稳定性优异,器件在不同温度下仍能稳定输出电压(图 11i),经 50000 次循环测试后性能保持稳定,可耐受航天服反复弯折和极端低温环境。

图12. 基于TENGs的触觉传感器用于宇航员智能舱外活动(航天手套)。a 面向复杂高灵敏度触觉感知的仿生多层触觉传感器设计示意图;b 仿生触觉传感器生成的触觉信号图示意图;c 多手指触觉感知舱外活动场景;d 单手指触觉感知材料识别示意图;e 用于摩擦电信号处理的深度学习模型结构

图 12 聚焦基于TENGs的仿生触觉传感器在航天手套中的应用,专为宇航员舱外活动设计,实现高灵敏度触觉感知与智能交互。传感器采用五层结构(图 12a),融合摩擦电、压电、压阻和热敏四种感知原理,可同步捕捉接触压力、滑动、温度等多维触觉信息,适配舱外复杂操作需求。传感器集成于航天手套后,可实时生成多手指操作的触觉反馈信号(图 12b、c),助力宇航员完成太空行走、设备装配等精细任务,提升操作安全性与精准度。此外,通过摩擦电单元捕捉与不同材料接触时的信号差异,结合多通深度学习模型,可实现对接触物体材料的实时识别,辅助宇航员判断作业对象特性。

图13. 航空系统用TENGs器件/自供能传感器:a 基于 TENG 独立层的自供能数字位移传感器(SDDS)的结构示意图及电极布置,b SDDS 的输出信号,c 安装于机身用于监测襟翼位置的 SDDS,d 塞斯纳 182(Cessna 182)模型实物图,e 飞机副翼产生的输出信号,f 襟翼监测过程中的前两组(同步)信号与第三组(异常)信号, g 仿生翼型混合摩擦-电磁纳米发电机(HT-TEHG)的概念设计,h 自供能气象站的应用电路演示,i HT-TEHG 为不同电容器充电的测试,j TENG 为气象站供电的实验演示

图 13 围绕 TENG 在航空系统的应用,图13a-g展示了自供能数字位移传感器(SDDS),采用 TENG 独立层与光栅结构,安装于无人机机翼及塞斯纳 182 模型机,可监测襟翼、副翼运动,识别正常与异常信号,提升飞行安全性。图13hj是仿生翼型混合摩擦-电磁纳米发电机(HT-TENG),融合双涡轮结构,能高效捕获风能,为无线气象站供电,解决传统供电布线不便、成本高的问题。两者均依托 TENG 轻量化、自供能优势,分别实现飞行状态监测与环境能源捕获,为航空航天技术高效化、自主化提供新路径。

图14. 基于TENGs的在轨装配机器人系统:a 可附着于航天器表面或在其表面移动的机器人系统示意图,b TENG 传感器的装配结构,c 机器人系统六个传感器的攀爬运动示意图,d 传感器产生的输出信号,e TENG 在空间环境中的实验验证及高温下的输出性能,f TENG 传感器抓取测试的实物图, g 空间环境中的爬行机器人示意图,h 空间爬行机器人仿生爪(SCRBP)的结构示意图,i 猫爪触地过程的分步示意图,j 摩擦接触传感器(TRCS)的结构及输出信号,k 空间爬行机器人仿生爪(SCRBP)的实物图,l 空间爬行机器人仿生爪(SCRBP)对不同物体的输出性能

图 14 聚焦基于TENGs的在轨装配机器人系统及空间爬行探测技术。图14a-f展示了其为航天器在轨装配提供安全监测与效率提升,机器人可附着或移动于航天器表面,搭载三类 TENG 传感器(腿部、机械臂、桁架传感器)。通过攀爬运动模拟输出稳定信号,在极端空间环境(含高温)下性能可靠,成功完成桁架部件抓取测试,解决传统传感器成本高、能耗大的问题。

图14g-l模仿猫爪触地机制,集成 8 组子爪与 4 类 TENG 传感器(摩擦接触/滑动传感器),可独立接触表面并实现多方向感知。通过机器学习识别不同表面材质,在空间环境中适配复杂地形,轻量化且低功耗,为行星表面探测、航天器表面巡检提供自供能感知解决方案。

图15. 用于空间碎片探测与安全监测的自供能TENG传感器:a 柔性 FRTENG 阵列的概念设计示意图,b 穿山甲鳞片与六边形结构的结构概述图,c 基于 FRTENG 的无线监测系统概念概述图,d 冲击状态下 LabVIEW 系统的实物图

图15为一种用于空间碎片探测与安全监测的自供能TENG传感器。该系统以柔性 FRTENG 阵列为核心探测单元,设计灵感源于穿山甲鳞片的硬层重叠结构与六边形的稳定性,兼具刚性防护与柔性适配特性,可直接集成于航天器表面。其通过捕获空间碎片、微流星体撞击产生的机械能量,实现自供能发电并转化为电信号,再经无线监测系统实时传输数据,其可在冲击状态下记录并分析信号,及时向航天员发出碰撞预警,同时监测航天器受冲击后的状态,解决了传统监测技术能耗高、难以适配复杂曲面的问题。

图16. 用于深空目标感知的自供能摩擦纳米发电机(TENG)传感器:a 粉尘环境下卫星表面预测用 BMWS 的结构示意图,b BMWS 的整体结构概述,c BMWS 在不同挠度下的摩擦电输出性能,d 卫星表面结构示意图

图 16 围绕用于深空目标感知的自供能 TENG 传感器展开,针对深空(如月球、火星)存在的尘埃环境,卫星表面易附着粉尘并引发结构形变、性能下降等问题,提出基于 TENG 的自供能监测方案(BMWS),实现对卫星表面状态的实时预测:利用 TENG 的摩擦电效应,捕获卫星表面因粉尘附着、外部载荷产生的微小结构形变(挠度),将机械形变转化为电信号。通过实验数据证明,BMWS 在不同挠度下能输出稳定且可区分的摩擦电信号,信号强度与形变量关联,可精准反映卫星表面的形变程度。

IV 卫星系统中的TENG应用

图17. 卫星的分类

图18. TENG器件在卫星系统中的应用。a. 用于启动卫星通信系统的自供能摩擦电器件结构示意图;b. 演示用移动应用界面,显示地球上方的卫星地图及卫星信号启动密码;c. 自供能单电极摩擦纳米发电机(SETENG)的输出电压;d. 自供能单电极摩擦纳米发电机(SETENG)经过 17500 次循环后的电性能耐久性测试; e. 适用于卫星通信系统的北极型摩擦纳米发电机(Arctic-TENG)结构示意图;f. 独立式北极型摩擦纳米发电机(Arctic-TENG)系统设计图;g. 利用卧式低温冰箱对 Arctic-TENG 进行测试/表征的实验装置;h. Arctic-TENG 在室温和极低温环境下的电性能对比

图 18 系统展示了TENG在卫星通信系统中的两种应用。用自供能单电极摩擦纳米发电机(SETENG)将机械能转化为电能,作为触发信号来启动卫星通信系统,无需依赖传统电池。SETENG 的输出电压,并通过17500 次循环耐久性测试,证明其具备稳定工作的能力,满足航天设备的可靠性要求。此外,为了解决普通 TENG 在太空低温下性能失效的问题,为卫星通信系统提供在极端环境下的能源保障,实验对比了纳米发电器件在室温和极低温下的电性能,证实其在极端寒冷环境中仍能保持良好的发电性能,突破了传统 TENG 的温度适用瓶颈。

V  TENGs 在空间应用中的挑战及未来发展方向

图19. 摩擦纳米发电机(TENG)器件在太空任务中面临的主要挑战概述

图20. 摩擦纳米发电机(TENG)器件在太空任务中的未来发展概述

TENG在装配机器人、传感与检测、卫星系统等领域进行了自供能应用尝试,然而,TENG在太空任务中仍然面临诸多挑战,包括极端环境适配挑战、机械应力与抗冲击需求、能量管理、规模化、小型化与成本、制造维修与系统集成兼容等问题,这些挑战直接影响其在太空环境中的可靠性、效率和实际应用可行性。在未来,TENG在太空任务中的未来发展方向主要围绕研发耐极端温度、抗辐射的新型材料,设计自适应结构,构建太空环境测试体系,推进与太阳能等混合能源系统集成,并借助 AI、在轨制造与数字孪生技术,实现深空探测、月球与火星基地等场景的长期稳定应用。

VI  结论

本文围绕摩擦纳米发电机(TENGs)在太空任务中的应用展开。太空极端环境对能量收集技术的严苛要求,现有太阳能电池、核动力等传统技术存在依赖阳光、重量大、有辐射风险等局限,而 TENGs 凭借轻量化、柔性、自供电、耐极端环境等优势,成为理想替代方案。

TENGs 通过摩擦起电与静电感应原理,可将航天器振动、陨石撞击等机械能量转化为电能,其工作模式包括单电极、独立层、接触分离等,适配不同太空场景,材料多选用 PTFE、PDMS 等耐辐射、抗温差的聚合物。

TENGs在在太空应用领域用途广泛:行星探测中,可在火星等低光、低温环境下收集风能、振动能,还能实现太阳能板除尘;航天器结构健康监测中,可实时检测飞轮、轴承等部件的微振动与应力;载人航天设备中,集成于航天服、手套,为生理监测传感器供电,还能提供触觉反馈;航空系统中,用于无人机飞行执行器定位、风力能量收集;在轨机器人操作中,为轨道装配机器人提供自主能源,辅助地形识别;深空目标感知中,可监测太空碎片碰撞,保障航天器安全;卫星系统中,助力卫星通信,在极寒等恶劣条件下稳定供能。

最后,本文讨论了TENGs 面临的极端温度适应性、辐射抗性、机械应力耐受等挑战,提出创新材料、混合能源系统、AI 辅助建模等未来发展方向,强调其有望通过技术突破,大幅提升太空探索的能源效率与可持续性。



作者简介


Yarjan Abdul Samad

本文通讯作者

阿联酋哈利法大学 助理教授
主要研究领域
开发基于石墨烯和二维材料的航天技术

主要研究成果

阿联酋哈利法大学航空航天工程助理教授,剑桥大学高级研究员和高级教学研究员,兼任英国剑桥气候变化公司 Levidian 的首席技术顾问。作为欧洲航天局(ESA)零重力飞行中科学家团队成员之一,首次在微重力环境下测试石墨烯,并利用探空火箭测试石墨烯基材料在太空中的应用。 Rashid Rover 科学团队成员,该项目计划于 2022 年由阿联酋 MBRSC 发射,曾获得多项奖项,包括英国青年专业人士协会 2020 年青年领袖奖、技术开发公司评选的年度创新者奖、巴基斯坦外交事务奖,表彰 25 位 40 岁以下巴基斯坦裔海外人才,以及英国皇家化学学会 2017 年杰出研究评审人奖等。

Email:yarjan.abdulsamad@ku.ac.ae


Yijun Shi

本文通讯作者

瑞典吕勒奥工业大学 教授
主要研究领域
主要研究方向为绿色及智能摩擦学

主要研究成果

瑞典吕勒奥工业大学机械元件研究所,在摩擦学和材料领域有20余年的研究经验。主持了瑞典VINNOVA、Formas、MISTRA等多项国家级项目、瑞典Kemepe、Lantm?nnen、Vattenfall等多项企业及协会项目近20项,发表国际专利3项。作为主要完成人获2008年度中国石化协会科技进步一等奖、2009年度中国国家技术发明二等奖,作为第一完成人获2016年度瑞典国家Venture Cup创业大赛一等奖,获瑞典2015年度未来成就奖,2021年瑞典皇家工程院材料研究贡献奖。相关工作已经在国际知名期刊上发表论文近120篇(包括Adv. Funct. Mater., ACS Nano, Nano Energy, etc.),被引5100余次。(H-index =43)

Email:yijun.shi@ltu.se

撰稿:《纳微快报(英文)》编辑部
编辑:《纳微快报(英文)》编辑部

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    空间光调制器的基本功能,就是提供实时或准实时的一维或二维光学传感器件和运算器件。在光信息处理系统中,它是系统和外界信息交换的接口。
    2025-10-214162阅读 空间光调制器
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