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Theoretical foundations of triboelectric nanogenerators(TENGs)

Science China(Technological Sciences) 2020年第7期63卷 1087-1109页

作者： SHAO JiaJia JIANG Tao WANG ZhongLin Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems Chinese Academy of SciencesBeijing 100083China School of Nanoscience and Technology University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China School of Materials Science and Engineering Georgia Institute of TechnologyAtlanta GA 30332-0245USA

Triboelectric nanogenerator(TENG) is an emerging powerful technology for converting ambient mechanical energy into electrical energy through the effect of triboelectricity. Starting from the expanded Maxwell’s equations, the theoretical framework of TENGs has been gradually established. Here, a review is given about its recent progress in constructing of this general theory. The fundamental mechanism of TENGs is constructed by the driving force—Maxwell’s displacement current, which is essentially different from that of electromagnetic generators. Theoretical calculations of the displacement current from a threedimensional mathematical model are presented, as well as the theoretical studies on the TENGs according to the capacitor models. Furthermore, the figure-of-merits and standards for quantifying the TENG’s output characteristics are discussed, which will provide important guidelines for optimizing the structure and performance of TENGs toward practical applications. Finally,perspectives and challenges are proposed about the basic theory of TENGs and its future technology development.

关键词： triboelectric nanogenerator theoretical foundations displacement current three-dimensional model capacitor model figure-of-merits

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