剪纸超材料摩擦纳米发电机

耐大变形自供电

通过剪纸超材料与摩擦电耦合，实现波浪载荷的实时自供电监测，无需外部电源即可在严苛海洋环境中工作。

Xiaolin, Han · Li, W. · Xiyong, Bai · Jiahao, Liu · 贺治国

Measurement: Journal of the International Measurement Confederation 2026

参数信息

变形能力

125 %

工作温度范围

11.3–32.1 °C

盐度

35 ‰

沉积物载荷

15 kg/m³

技术优势

耐 125% 大变形

可编程剪纸元件通过几何参数同时实现大变形容限与刚度可调，能跟随结构大幅运动而不失效。

冲击和水压都能测

同一装置能同时检测点接触式机械冲击与面接触式流体压力，省去多传感器布置。

恶劣海况照常工作

在温度 11.3–32.1 °C、盐度最高 35‰、含沙量 15 kg/m³ 等条件下均通过验证，可直接部署在现场。

应用场景

• 海洋结构健康监测：替代传统有线传感器，在台风频发浅海实时监测波浪载荷，预防结构灾难性破坏。
• 自供能无线传感：省去电池和布线，直接把波浪机械能变成电信道，适合长期无人值守的无线传感节点。
• 柔性可拉伸传感器：利用剪纸结构容纳大变形，贴在曲面上随结构运动不会撕裂，感知冲击和压力。
• 物联网传感节点：集成 LoRa 无线传输与阈值预警算法，直接作为海洋物联网中的数据采集与报警节点。
• 基础设施监测：为桥梁、码头等涉水基础设施提供低维护、自供电的长期载荷监测，支持风险管理。