近日，太阳集团1088vip唐群委教授課題組在摩擦電傳感器陣列助力基于物聯網的智慧交通監測和管理系統領域取得重要進展。論文以“Triboelectric Sensor Array for Internet of Things based Smart Traffic Monitoring and Management System”為題發表在Nano Energy (IF=17.881)雜志上，楊希娅副教授、劉廣慶博士後、郭琪瑤博士後為共同第一作者，楊希娅副教授和唐群委教授為共同通訊作者。

（Nano Energy期刊截圖）

       随着 5G網絡和物聯網 (IoT) 等先進技術的發展，越來越多的傳感器和相應的應用程序不斷湧現，然而，傳感器供電已成為亟需解決的技術問題。交通管理系統中的物聯網應用迫切需要開發具有便攜、低能耗和無線連接的自供能監測系統，以進一步提高道路交通安全和運輸效率。

       近年來，基于摩擦電效應和靜電感應效應耦合的摩擦納米發電機 (Triboelectric nanogenerator, 簡稱TENG) 已開發出各種類型的自供能傳感裝置，目前報道的大多數摩擦電傳感器的工作均采用電壓或電流作為傳感監測信号，但是高電壓輸出與後續的傳感電路不兼容，相對較長的恢複時間無法滿足快速響應和高靈敏度的要求。另一方面，阻抗失配問題也成為信号處理和傳輸的一大難題，并嚴重制約了摩擦電傳感器的進一步商業化。

       該工作開發了一種基于靜電紡絲複合納米纖維制成的自供電摩擦電傳感器 (CN-STS) 并應用于基于物聯網的智能交通監測與管理系統。通過向PVDF靜電紡絲纖維中摻雜多壁碳納米管調控複合纖維膜的介電性，以進一步提高輸出性能和壓力靈敏度。同時通過系統比較CN-STS輸出電壓、電流和電荷密度的電學輸出性能、響應時間、靈敏度等性能指标，優化選擇了适用于動态流量監控的轉移電荷密度作為記錄細微差異的傳感信号。在低壓範圍 (0至75千帕)，CN-STS可以達到0.0406 μCm-2kPa-1的相對較高的靈敏度，在較高的壓力範圍 (75至425千帕)，CN-STS的靈敏度為0.0032 μCm-2kPa-1，表明CN-STS适用于較低壓強的檢測範圍。在雲端物聯網平台的輔助下，CN-STS陣列通過電源管理電路實現了交通流管理、壓線和超速車輛捕捉、車牌号識别等功能。在電源管理電路中采用電荷放大器來處理電荷輸入信号，以更好地區分來自非車輛的信号，并穩定電壓輸出，以便通過Raspberry Pi中的A/D轉換器進一步讀取。

       該工作所研發的基于摩擦電 CN-STS 傳感器陣列的智能交通監測與管理系統可進一步與大數據平台相集成，以分析更複雜的路況，記錄交通違法等行為，通過交通信息收集及時分析和識别潛在危害，為TENG開辟了新的潛在應用領域。

       該項研究工作得到了國家重點研發計劃（2021YFE0111000）、國家自然科學基金（61774139、62004083、U1802257）、廣東省自然科學基金（2019B151502061、2020A1515011123）等科研項目的資助。近年來，唐群委和楊希娅等教師組成的科研團隊，圍繞高性能駐極體制備、混合效應能量采集、摩擦電荷密度提升等關鍵問題，緻力于波浪能、人體動能等低頻機械能轉換材料與傳感器件的研發，獲得了一系列原創性研究成果。