近日，中国科学院海洋研究所海洋材料腐蚀损伤机制与智能感知研究组在海洋波浪能腐蚀防护与监测等研究方面取得重要进展。研究团队成功开发了拱形和柔性结构的能量捕获创新设计，提升了海洋波浪能的利用效率，并且在不依赖外部电源的情况下，有效实现了金属的阴极保护，预计将为海洋环境腐蚀防护和监测应用开辟新途径。研究成果分别发表在国际期刊《先进材料》和《先进功能材料》上。

据介绍，团队受拱桥结构启发，通过简单的弯曲工艺，设计了一款拱形结构摩擦纳米发电机（Arch-TENG）。Arch-TENG结构简单，成本低廉，并且组装阵列能更加高效地转换随机多频波浪能，耐用性和应用性表现实现有效提升，在电荷输出方面相比同面积的接触分离结构提升超过450%，证明了为低功耗电子设备供电的可行性。经过26小时的耐久性测试后，器件的电气输出性能依然保持良好稳定性。通过筛选摩擦材料搭配，优化支撑材料刚性，调整拱结构高跨比等关键参数，验证了其在真实海水中提供阴极保护的有效性。

拱形阵列结构波浪能捕获示意图  课题组供图

此外，利用充填水的柔性缓冲袋作为摩擦材料的支撑，团队设计了一种流体支撑的摩擦纳米发电机（Wat-TENG）。Wat-TENG结构简单，成本低廉，可就地取材组装，较同条件激励下的刚性接触结构输出性能提高200%。通过不同类型的对比验证，从摩擦材料接触的力学角度提出了界面渐进铺展效应和流体静压效应两种机制，分析阐述了摩擦材料界面接触效率提高与电输出性能提升的机理。15万次的重复测试验证了其稳定性，对碳钢的阴极保护实验与火焰报警器的供电实验证明了其在工程中的适用潜力，为未来海上石油平台的腐蚀预防和安全监测提供了可行的解决方案。

柔性结构波浪能捕获的工作机制与应用场景

中国科学院海洋研究所研究员王秀通为论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

论文相关信息：
https://doi.org/10.1002/adma.202523290.

https://doi.org/10.1002/adfm.74841.