王中林、徐敏義等：摩擦納米發電機在海洋科學與工程中的應用

摩擦納米發電機作為一種新興的環境能量轉換與傳感技術，因結構靈活、可低頻起效、兼具發電與傳感能力等優勢，近年來迅速發展為多源能量采集、低功耗感知、海洋污染處理等交叉前沿的重要技術支撐手段。

浩瀚的海洋覆蓋了地球表面71%的面積，蘊藏著豐富的資源和無盡的能量。隨著全球能源結構轉型和“碳達峰、碳中和”的深入推進，開發和利用海洋可再生能源已成為世界各國競相布局的戰略高地。在這一時代背景下，摩擦納米發電機（TENG）作為一種顛覆性的能量收集技術，憑借其獨特的優勢正在海洋工程和藍色能源領域掀起一場技術革命。

《摩擦納米發電機在海洋科學與工程中的應用》立足于海洋能源開發的國家戰略需求，系統梳理了TENG 技術在海洋領域的最新研究進展和工程應用。本書全面總結了摩擦納米發電機在海洋工程領域的基礎理論、關鍵器件設計、能量集成機制及工程應用路徑，覆蓋波浪能、海流能、振動能等典型可再生能源的摩擦電采集與轉換，系統闡述了其在水下流場感知、船舶姿態監測、液位探測、水下通信及海洋污染控制等實際場景中的多模態功能拓展，構建了從原理建模到系統集成的理論技術框架，具有鮮明的交叉性、前瞻性和系統性。

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摩擦納米發電機在海洋科學與工程中的應用購買

王中林 徐敏義 等 著

北京: 科學出版社, 2026. 3

ISBN 978-7-03-084803-1

全書內容既包括深入的基礎理論研究，又涵蓋前沿的技術創新和工程實踐，旨在為讀者呈現一幅完整的TENG 海洋應用技術圖譜。

理論創新與技術突破

本書開篇從原子尺度揭示了接觸起電的物理本質（第2 章），創新性地提出了液-固界面雙電層形成的新機制，并建立了完整的TENG 理論模型體系。特別值得一提的是，書中詳細闡述了麥克斯韋位移電流理論的拓展應用，這一理論突破為TENG 技術的發展奠定了重要基礎。在材料科學方面，系統總結了介電材料摩擦電序列的量化方法，為高性能TENG 的設計提供了材料選擇依據。

海洋能源收集的革命性進展

在波浪能收集領域（第3 章），本書首次對多層結構、通道結構、轉動結構和彈性結構等四大類TENG 進行系統性分類，并深入分析了各類結構的能量轉換機制和性能優化策略。在海流能收集方面（第4 章），創新性地提出了剛性結構、柔性結構和仿生結構的三元分類體系，特別是仿生結構TENG 的設計靈感來源于海洋生物，展現出優異的環境適應性和能量轉換效率。

柔性仿海草結構摩擦納米發電機（S-TENG）及其應用示意圖。（a）海草—S-TENG 的仿生原型（ⅰ），S-TENG 結構（ⅱ），S-TENG 的內部結構（ⅲ）；（b）S-TENG 的照片（ⅰ）和側視圖（ⅱ），S-TENG 上材料表面形貌的側視圖（ⅲ）；（c）S-TENG 的工作原理

復合能源系統的協同創新

第5 章提出的摩擦-電磁復合發電技術代表了海洋能利用的新方向。通過巧妙的結構設計，TENG 與電磁發電機的優勢得以互補，能量收集效率得到顯著提升。書中展示的磁懸浮阻尼結構等創新設計，為解決傳統波浪能裝置效率低的難題提供了新思路。

藍色能源網絡的未來圖景

第6 章描繪的“藍色大能源”愿景令人振奮。通過TENG 的平面發電網絡和立體發電網絡組網技術，首次展示了構建大規模海洋能源矩陣的可能性。特別值得關注的是，書中提出的能量管理策略，為解決TENG 輸出不穩定的技術瓶頸提供了切實可行的解決方案。

手性網絡的應用演示。（a）基于大規模3D 手性TENG 網絡構建海洋發電站應用系統的示意圖；（b）大規模手性TENG 網絡的波浪能收集行為示意圖；（c）由3D 手性網絡供電的348 個LED 燈的照片；（d）基于網絡的自供電系統示意圖；（e）3D TENG 網絡通過電容器充電驅動溫濕度計的電壓曲線；（f）為無線溫濕度計（WHTM）供電的3D 手性網絡照片

智能海洋感知的技術革新

本書后半部分（第7～12 章）集中展現了TENG 在海洋智能化方面的突破性應用。從船舶機械振動監測到海洋環境參數感知，從仿生觸覺傳感器到水下無線通信，TENG 正在重塑海洋監測的技術體系。其中，基于海豹胡須仿生原理的水下觸覺傳感器（第10 章）和麥克斯韋位移電流通信技術（第11 章）等創新成果，展現了TENG 在海洋特種傳感領域的獨特優勢。

高壓電能的工程應用突破

第12 章重點介紹了TENG 高壓特性在海洋工程中的特殊應用。通過巧妙利用TENG的高壓輸出特性，開發了新型海水殺菌、金屬防腐等技術，這些創新應用為海洋工程裝備的維護提供了全新的技術手段。

液-固TENG 進行金屬防腐的機制及效果

本書的出版恰逢其時。在此，我們要特別感謝國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助，以及各合作單位的大力支持。當前，我國正處于加快建設海洋強國的關鍵時期，發展藍色能源技術具有重要的戰略意義。我們期望本書能夠為相關領域的科研人員、工程技術人員和研究生提供全面的技術參考，同時也希望能激發更多創新思維，推動TENG 技術在海洋領域的深入應用，為開發藍色能源、建設海洋強國貢獻力量！

本文摘編自《摩擦納米發電機在海洋科學與工程中的應用》（王中林等著. 北京: 科學出版社, 2026. 3）一書“前言”，有刪減修改，標題為編者所加。

ISBN 978-7-03-084803-1

責任編輯：李明楠 高 微

本書全面總結了摩擦納米發電機在海洋工程領域的基礎理論、關鍵器件設計、能量集成機制及工程應用路徑，覆蓋波浪能、海流能、振動能等典型可再生能源的摩擦電采集與轉換，系統闡述了其在水下流場感知、船舶姿態監測、液位探測、水下通信及海洋污染控制等實際場景中的多模態功能拓展，構建了從原理建模到系統集成的理論技術框架，具有鮮明的交叉性、前瞻性和系統性。本書為構建新一代海洋分布式自供能網絡、智能傳感系統和綠色防護方案提供了系統指導，具有顯著的經濟效益和社會效益潛力。

本書適合高校和科研院所能源領域相關專業研究人員、教師、研究生等學習參考，也可作為研究生教材；對于高新技術企業研發人員、專業技術人員和管理人員也是很好的參考用書。

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（本文編輯：劉四旦）

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