近日，我校机电工程学院解志杰教授团队在机械基础件自驱动传感器研制中取得重要进展，以东北林业大学为第一完成单位，在国际期刊《Nano Energy》（IF=17.881，工程技术Top期刊）、《Advanced Materials Technologies》（IF=7.848）和《ACS Applied Electronic Materials》（IF=3.314）上相继发表了题为“A high-speed and long-life triboelectric sensor with charge supplement for monitoring the speed and skidding of rolling bearing”、“Sliding Triboelectric Circular Motion Sensor with Real-Time Hardware Processing”和“Triboelectric Circular Motion Sensor with Variable Friction Type and its Service Performance Research”的研究论文。这三项研究基于摩擦纳米发电机原理分别研制了非接触摩擦电式轴承传感器、滑动摩擦电环形运动传感器和可变摩擦类型摩擦电传感器，提出了监测轴承运行状态和环形运动平台的新方法，展示了自驱动传感器在新一代物联网建设方面巨大的技术优势和应用前景。
滚动轴承作为旋转机械的核心零部件，其运行状态对设备稳定运行具有重要意义。为了监测滚动轴承的转速和打滑情况，本研究提出了一种非接触摩擦电式轴承传感器（NC-TEBS），集成在轴承上的NC-TEBS采用了非接触感应式和扫掠耦合的电极结构。研究结果表明，NC-TEBS具有超宽的工作速度范围和超长的使用寿命。本研究所研制的NI-TEBS可实时监测轴承的运行状态，具有小型化、集成化的特点，为新型自驱动、自感知智能轴承的研制提供理论和试验基础。
在现代制造业快速发展的技术革新背景下，计算机、通信、消费电子等领域对自动化生产线和装配线的环形运动平台的应用呈现出巨大的需求。为了保证环形平台运动参数的准确反馈，本研究提出了滑动摩擦电环形运动传感器（S-TCMS），可监测环形运动的速度和位移。此外，开发了一种实时硬件信号处理方法，将原始S-TCMS信号转换为两个标准方波信号。在降低信号处理复杂程度的同时，实现了信号的标准化处理，摆脱了专业仪器对摩擦电式传感器检测手段的限制。本研究为开展环形运动平台的高精度运动状态监测提供了新方法，同时为推动摩擦电式机械运动传感器在环形运动检测方向发展与机械装备应用具有极大的促进作用。
针对现有摩擦电传感器的研究主要集中在单一摩擦类型或材料的弊端，本研究创新的提出了一种可变摩擦类型摩擦电传感器（TCMS-VFT），系统地研究了不同材料、结构和摩擦类型的TCMS-VFT的输出特性和耐久性。研究结果表明：带有固体块状摩擦层的TCMS-VFT在滑动摩擦和滚动摩擦下的使用寿命分别可达20万转（236.2公里）和14万转（165.34公里），与传统薄膜相比，耐久性显著提高，尤其是滑动摩擦的TCMS-VFT使用寿命提高了30倍以上。本研究可为摩擦电传感器的结构设计及实际应用提供理论指导和实验依据。
东北林业大学机电工程学院解志杰教授为论文第一作者和通讯作者，中国科学院北京纳米能源与系统研究所程廷海教授为论文的共同通讯作者。东北林业大学机电工程学院2020级硕士研究生王宇、吴仁算，机电工程学院教师于迪，交通学院教师尹继辉、吕景亮为上述研究的共同作者。该研究得到了国家自然科学基金、黑龙江省自然科学基金项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106747
https://doi.org/10.1002/admt.202100655
https://doi.org/10.1021/acsaelm.1c00828
