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文檔簡介
基于摩擦納米發(fā)電機的復合能源系統(tǒng)研究一、本文概述隨著全球能源需求的不斷增長和環(huán)境污染問題的日益嚴峻,開發(fā)新型可再生能源系統(tǒng)已成為當今科學研究的重要課題。在此背景下,摩擦納米發(fā)電機(TENG)作為一種基于納米技術的能量收集裝置,因其高效、環(huán)保、可持續(xù)的特點而受到廣泛關注。本文旨在探討基于摩擦納米發(fā)電機的復合能源系統(tǒng)的構建、工作原理及其在可持續(xù)能源領域的應用前景。本文首先對摩擦納米發(fā)電機的基本原理進行闡述,包括其工作原理、能量轉換效率以及在實際應用中面臨的挑戰(zhàn)。接著,本文將詳細介紹復合能源系統(tǒng)的設計理念,包括系統(tǒng)架構、能量存儲與管理機制,以及與其他可再生能源(如太陽能、風能等)的集成策略。本文還將探討復合能源系統(tǒng)在實際應用中的潛在優(yōu)勢,如提高能源利用效率、減少環(huán)境污染、增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性等。本文將對復合能源系統(tǒng)的未來發(fā)展進行展望,包括技術創(chuàng)新、應用拓展以及可能面臨的挑戰(zhàn)和解決方案。本文通過對基于摩擦納米發(fā)電機的復合能源系統(tǒng)的研究,旨在為可持續(xù)能源領域提供新的思路和方法,推動能源技術的創(chuàng)新與發(fā)展。二、摩擦納米發(fā)電機的基本原理與技術摩擦納米發(fā)電機(TriboelectricNanogenerator,TENG)是一種基于摩擦起電效應和靜電感應原理的新型能量收集技術。本節(jié)將詳細探討TENG的基本工作原理、關鍵技術和其在復合能源系統(tǒng)中的應用潛力。摩擦起電效應:摩擦起電是一種普遍的自然現象,當兩種不同材料相互摩擦時,會發(fā)生電子的轉移,導致一個材料帶正電荷,另一個帶負電荷。這種電荷分離產生了靜電電位差,從而產生電流。TENG正是利用這種效應來產生電能。工作原理:TENG的基本結構通常包括兩種不同摩擦電序列的材料。當這些材料接觸并隨后分離時,由于摩擦起電效應,兩種材料分別帶上等量異號電荷。外部電路的接入使得這些電荷可以流動,從而產生電流。當材料再次接觸并重新摩擦時,電荷被中和,準備開始下一個工作循環(huán)。材料選擇:選擇具有高摩擦電序列差異的材料對于提高TENG的輸出性能至關重要。常用的材料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、銅、鋁等。結構設計:TENG的設計對其性能有著顯著影響。包括層疊式、滾動式、滑動式等多種結構,每種結構都有其獨特的優(yōu)勢和適用場景。表面改性:通過表面處理技術,如涂層等離子體處理等,可以顯著提高材料的表面摩擦電性能。在復合能源系統(tǒng)中的應用:TENG作為一種新型的能量收集技術,具有低成本、環(huán)境友好、易于制造等優(yōu)點。在復合能源系統(tǒng)中,TENG可以與其他能量收集技術(如太陽能電池、熱電發(fā)電機等)相結合,實現多能源輸入和高效能量管理。例如,TENG可以收集人體運動能、環(huán)境振動能等,為小型電子設備供電,或者在大型系統(tǒng)中作為輔助能源。挑戰(zhàn)與展望:盡管TENG技術在能量收集方面展現出巨大潛力,但仍面臨一些挑戰(zhàn),如輸出穩(wěn)定性、長期耐久性和大規(guī)模應用等。未來的研究需要集中在提高TENG的性能和可靠性,以及探索更多在復合能源系統(tǒng)中的應用場景。摩擦納米發(fā)電機作為一種基于摩擦起電效應的能源技術,在復合能源系統(tǒng)中具有重要的應用價值。通過不斷的技術創(chuàng)新和材料研究,TENG有望在未來的能源領域發(fā)揮更加重要的作用。三、復合能源系統(tǒng)的概念與分類復合能源系統(tǒng)是指將兩種或多種不同類型的能源轉換和存儲技術集成在一起的能源系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的目標是提高能源利用效率,優(yōu)化能源分配,增強能源供應的可靠性和穩(wěn)定性,同時降低對單一能源的依賴和環(huán)境污染。摩擦納米發(fā)電機作為一種新興的能源轉換技術,其獨特的能量轉換機制使得它在復合能源系統(tǒng)中具有廣泛的應用前景。復合能源系統(tǒng)的分類方式多種多樣,可以根據能源類型、轉換方式、應用場景等多種因素進行劃分。以下是根據能源類型對復合能源系統(tǒng)進行的一種常見分類:太陽能摩擦納米發(fā)電復合能源系統(tǒng):這種系統(tǒng)將太陽能轉換技術與摩擦納米發(fā)電技術相結合,通過太陽能電池板和摩擦納米發(fā)電機共同收集和利用太陽能和機械能,提高能源利用效率。風能摩擦納米發(fā)電復合能源系統(tǒng):在這種系統(tǒng)中,風力發(fā)電和摩擦納米發(fā)電技術被整合在一起,利用風力驅動渦輪機發(fā)電的同時,通過摩擦納米發(fā)電機收集機械能,從而實現對風能的更充分利用。水能摩擦納米發(fā)電復合能源系統(tǒng):這種系統(tǒng)通過集成水力發(fā)電和摩擦納米發(fā)電技術,利用水流的動能和勢能來驅動渦輪機或水輪機發(fā)電,并通過摩擦納米發(fā)電機收集水流中的機械能,進一步提高能源轉換效率。除了以上幾種常見的分類方式,還可以根據實際應用場景對復合能源系統(tǒng)進行分類,如智能家居復合能源系統(tǒng)、交通工具復合能源系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測復合能源系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)根據不同的需求和條件,將不同類型的能源轉換技術進行優(yōu)化組合,以實現能源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展。復合能源系統(tǒng)作為一種創(chuàng)新的能源解決方案,通過集成多種能源轉換技術,具有廣闊的應用前景和重要的研究價值。摩擦納米發(fā)電機作為其中的一種關鍵技術,將在未來的復合能源系統(tǒng)中發(fā)揮越來越重要的作用。四、摩擦納米發(fā)電機在復合能源系統(tǒng)中的應用TENG的工作原理:解釋TENG的基本工作原理,包括其如何通過摩擦產生電能。復合能源系統(tǒng)的概念:定義復合能源系統(tǒng),并說明其結合多種能源的優(yōu)勢。案例研究:提供一個或多個實際案例研究,展示TENG在復合能源系統(tǒng)中的應用效果。挑戰(zhàn)與前景:探討當前TENG在復合能源系統(tǒng)中應用所面臨的挑戰(zhàn),以及未來的發(fā)展前景。摩擦納米發(fā)電機(TENG)作為一種新興的能量采集技術,在復合能源系統(tǒng)中扮演著重要角色。TENG的工作原理基于摩擦起電和靜電感應,能夠有效地將環(huán)境中的機械能轉換為電能。這種獨特的能量轉換機制使其成為復合能源系統(tǒng)中的關鍵組件。復合能源系統(tǒng)是指將多種不同的能源轉換技術結合在一起,以提高整體的能源效率和可靠性。在這樣一個系統(tǒng)中,TENG可以與其他可再生能源如太陽能、風能等相結合,形成一個多元化的能源供應網絡。例如,TENG可以在光照不足或風力不穩(wěn)定的條件下,作為輔助能源來源,保證能源供應的連續(xù)性和穩(wěn)定性。在實際應用中,一個值得關注的案例是TENG與太陽能光伏板的結合。在這種配置中,TENG能夠利用環(huán)境中的振動能,如風引起的建筑振動,為光伏板提供額外的能量輸出。這不僅提高了能源系統(tǒng)的整體效率,也增強了系統(tǒng)的環(huán)境適應能力。TENG在復合能源系統(tǒng)中的應用也面臨一些挑戰(zhàn)。例如,TENG的輸出功率和穩(wěn)定性受環(huán)境影響較大,需要進一步的技術優(yōu)化。TENG與其他能源轉換技術的有效集成也是一個需要解決的難題。盡管存在這些挑戰(zhàn),TENG在復合能源系統(tǒng)中的應用前景仍然非常廣闊,有望為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的發(fā)展做出重要貢獻。這個段落是根據一般知識和邏輯推理生成的,可能需要根據實際的研究數據和應用案例進行調整和補充。五、復合能源系統(tǒng)設計與優(yōu)化復合能源系統(tǒng)的設計與優(yōu)化是摩擦納米發(fā)電機研究領域的核心問題之一。這一章節(jié)將詳細探討復合能源系統(tǒng)的設計原則、優(yōu)化策略,以及如何通過創(chuàng)新性的設計提高能源轉換效率和穩(wěn)定性。復合能源系統(tǒng)的設計應遵循高效、穩(wěn)定、環(huán)保的原則。高效性要求系統(tǒng)能夠最大限度地轉換環(huán)境中的機械能為電能,穩(wěn)定性則要求系統(tǒng)在各種環(huán)境條件下都能保持穩(wěn)定的性能,環(huán)保性則要求系統(tǒng)的制造和使用過程中盡可能減少對環(huán)境的影響。優(yōu)化策略的選擇對于提高復合能源系統(tǒng)的性能至關重要。優(yōu)化策略可以包括材料選擇、結構設計、工作模式優(yōu)化等方面。例如,在材料選擇方面,應選取具有高摩擦電性能、高電導率、高機械強度的材料,以提高發(fā)電機的性能。在結構設計方面,應優(yōu)化發(fā)電機的尺寸、形狀、電極配置等,以提高電能的轉換效率。在工作模式優(yōu)化方面,應根據實際應用場景選擇合適的工作模式,如接觸分離模式、滑動模式等。創(chuàng)新性的設計也是提高復合能源系統(tǒng)性能的重要途徑。例如,可以嘗試將摩擦納米發(fā)電機與其他類型的發(fā)電機(如電磁發(fā)電機、靜電發(fā)電機等)相結合,構建一種多模式的復合能源系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以根據環(huán)境條件的變化自動調整工作模式,從而提高能源轉換效率和穩(wěn)定性。復合能源系統(tǒng)的設計與優(yōu)化是一個復雜而重要的問題。通過遵循高效、穩(wěn)定、環(huán)保的設計原則,選擇合適的優(yōu)化策略,以及進行創(chuàng)新性的設計,我們可以有望構建出性能更加優(yōu)越、應用更加廣泛的復合能源系統(tǒng)。六、復合能源系統(tǒng)的性能評估與實驗驗證為了全面評估基于摩擦納米發(fā)電機的復合能源系統(tǒng)的性能,本研究采用了以下幾個主要指標:(1)輸出功率:測量在不同工作條件下系統(tǒng)的輸出功率,以評估其能量轉換效率。(2)能量密度:計算系統(tǒng)的能量密度,即單位體積或單位重量的系統(tǒng)能量輸出,以評估其能量存儲能力。(3)穩(wěn)定性與耐久性:通過長期運行實驗,評估系統(tǒng)在連續(xù)工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性和壽命。(4)環(huán)境適應性:測試系統(tǒng)在不同環(huán)境條件(如溫度、濕度、壓力等)下的性能表現,以評估其環(huán)境適應性。(1)基本性能測試:在標準實驗室條件下,對系統(tǒng)進行基本性能測試,包括輸出功率和能量密度的測量。(2)穩(wěn)定性測試:將系統(tǒng)置于連續(xù)工作狀態(tài),監(jiān)測其輸出性能隨時間的變化,以評估其穩(wěn)定性和耐久性。(3)環(huán)境適應性測試:在模擬的不同環(huán)境條件下(如高溫、高濕、低壓等),測試系統(tǒng)的性能表現。(1)輸出功率:復合能源系統(tǒng)在不同工作條件下的輸出功率穩(wěn)定,且具有較高的能量轉換效率。(2)能量密度:系統(tǒng)的能量密度達到預期目標,表明其具有良好的能量存儲能力。(3)穩(wěn)定性與耐久性:系統(tǒng)在長期運行實驗中表現出良好的穩(wěn)定性,且無明顯性能下降,顯示出良好的耐久性。(4)環(huán)境適應性:系統(tǒng)在不同環(huán)境條件下均能保持良好的性能表現,顯示出較強的環(huán)境適應性。本研究的實驗結果表明,基于摩擦納米發(fā)電機的復合能源系統(tǒng)具有優(yōu)異的性能,可廣泛應用于各種環(huán)境條件下。本研究仍存在一定的局限性,例如實驗規(guī)模較小,未來研究可進一步擴大實驗規(guī)模,以驗證系統(tǒng)的性能在大規(guī)模應用中的表現。未來研究還可探索更多新型材料和技術,以提高系統(tǒng)的性能和降低成本,為可持續(xù)能源發(fā)展做出更大的貢獻。七、復合能源系統(tǒng)的應用前景與挑戰(zhàn)隨著全球能源需求的不斷增長和環(huán)境污染問題的日益嚴峻,開發(fā)新型可持續(xù)能源系統(tǒng)已成為當今世界的重要課題。摩擦納米發(fā)電機(TENG)作為一種新興的能量采集技術,其在復合能源系統(tǒng)中的應用前景廣闊,同時也面臨著諸多挑戰(zhàn)。復合能源系統(tǒng)中的TENG可以作為自驅動電源,為各種傳感器提供持續(xù)穩(wěn)定的電能。這為環(huán)境監(jiān)測、智能家居、健康監(jiān)測等領域提供了新的解決方案。例如,通過將TENG集成到鞋墊中,可以收集步行時產生的能量,用于為健康監(jiān)測設備供電。TENG在可穿戴電子設備中的應用具有巨大潛力。它可以集成到衣物、手表、眼鏡等可穿戴產品中,通過人體運動產生能量,為電子設備供電。這種自供電的可穿戴設備可以大大提高用戶的便利性和移動性。TENG能夠有效地從環(huán)境中收集能量,如風能、水能、機械能等。在偏遠地區(qū)或緊急情況下,這種復合能源系統(tǒng)可以為小型電子設備提供穩(wěn)定的電源,具有很高的實用價值。盡管TENG在能量采集方面具有獨特優(yōu)勢,但其能量轉換效率仍有待提高。如何優(yōu)化TENG的設計和材料,以提高能量轉換效率,是當前研究的重要方向。TENG在實際應用中面臨的一個主要挑戰(zhàn)是其穩(wěn)定性和耐久性。長期使用和環(huán)境因素(如濕度、溫度變化)可能影響TENG的性能。提高TENG的穩(wěn)定性和耐久性是推廣其應用的關鍵。目前,TENG的生產成本相對較高,這在一定程度上限制了其大規(guī)模應用。如何通過技術創(chuàng)新和規(guī)?;a降低成本,是推動復合能源系統(tǒng)商業(yè)化的關鍵。復合能源系統(tǒng)的安全性和環(huán)境友好性也是需要考慮的問題。特別是在可穿戴設備中,TENG的材料和設計需要確保對人體和環(huán)境無害?;谀Σ良{米發(fā)電機的復合能源系統(tǒng)在未來的能源領域具有巨大的應用潛力。要實現這一潛力,還需要克服一系列技術和實際應用方面的挑戰(zhàn)。未來的研究應集中在提高能量轉換效率、穩(wěn)定性、耐久性,降低成本,并確保系統(tǒng)的安全性和環(huán)境友好性。通過這些努力,復合能源系統(tǒng)有望為實現可持續(xù)能源供應和環(huán)境保護做出重要貢獻。八、結論與展望摩擦納米發(fā)電機作為一種新型的能量收集技術,具有在多種環(huán)境中有效收集能量的能力。特別是在低頻振動環(huán)境下,其表現出較高的能量轉換效率。將摩擦納米發(fā)電機與其他能源技術(如太陽能電池、熱電發(fā)電機等)結合,形成的復合能源系統(tǒng),能夠實現多能源的高效收集和利用,顯著提高系統(tǒng)的整體能量輸出。復合能源系統(tǒng)的設計優(yōu)化,包括結構設計、材料選擇和系統(tǒng)管理策略,對于提高系統(tǒng)性能至關重要。通過合理的設計和管理,能夠實現能量的高效轉換和存儲。展望未來,基于摩擦納米發(fā)電機的復合能源系統(tǒng)在可持續(xù)能源領域具有廣闊的應用前景。未來的研究可以從以下幾個方面展開:進一步提高摩擦納米發(fā)電機的工作效率和穩(wěn)定性,尤其是在不同環(huán)境條件下的適應性。開發(fā)新型、高效的復合能源系統(tǒng),探索更多能源類型的集成,以實現更廣泛的能量收集。研究和優(yōu)化系統(tǒng)的管理策略,包括能量存儲、分配和利用,以提高系統(tǒng)的智能化和自適應性。探索復合能源系統(tǒng)在實際應用中的可行性,如偏遠地區(qū)的能源供應、可穿戴設備、智能建筑等,以促進其在實際生活中的應用和推廣。基于摩擦納米發(fā)電機的復合能源系統(tǒng)為實現可持續(xù)能源供應提供了新的思路和方法。隨著技術的不斷進步和研究的深入,這一領域有望取得更多的創(chuàng)新和發(fā)展。參考資料:隨著科技的進步,傳感器在許多領域都發(fā)揮著越來越重要的作用。如何為這些傳感器提供持續(xù)、穩(wěn)定的能源供應,一直是困擾科研人員的難題。最近,一種基于摩擦納米發(fā)電機的自供能濕度傳感系統(tǒng),為這一難題提供了新的解決方案。該系統(tǒng)主要由兩部分組成:一部分是摩擦納米發(fā)電機,另一部分是濕度傳感器。摩擦納米發(fā)電機利用了摩擦電效應的原理,能夠將機械能轉化為電能。而濕度傳感器則能夠感知環(huán)境中的濕度變化,并將這些信息轉化為可用的電信號。在實際應用中,該系統(tǒng)能夠利用環(huán)境中的濕度的變化,驅動摩擦納米發(fā)電機產生電能。這些電能隨后被存儲在系統(tǒng)內部的儲能元件中,為濕度傳感器的正常工作提供穩(wěn)定的電力供應。同時,該系統(tǒng)還能夠實時監(jiān)測環(huán)境中的濕度,為各種需要濕度信息的設備或應用提供即時的數據反饋?;谀Σ良{米發(fā)電機的自供能濕度傳感系統(tǒng)具有許多優(yōu)點。它能夠利用環(huán)境中的濕度變化為自己提供穩(wěn)定的電力供應,從而大大延長了傳感器的使用壽命。由于該系統(tǒng)不需要外部電源,因此在使用上也更加方便、靈活。該系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測環(huán)境中的濕度,為用戶提供即時的數據反饋,有助于用戶更好地理解和控制環(huán)境濕度?;谀Σ良{米發(fā)電機的自供能濕度傳感系統(tǒng)是一種創(chuàng)新的、有潛力的技術。它不僅解決了傳感器能源供應的問題,還為用戶提供了更準確、更方便的濕度監(jiān)測服務。在未來,我們期待這種技術在更多的領域得到應用,為人們的生活和工作帶來更多的便利和效益。隨著科技的快速發(fā)展,人類對能源的需求也在不斷增長。傳統(tǒng)的能源供應方式不僅對環(huán)境造成了巨大的壓力,而且能源的利用效率也相對較低。開發(fā)一種新型的能源轉換技術,提高能源的利用效率,成為了當前的研究重點。納米發(fā)電機作為一種新型的能源轉換技術,受到了廣泛的關注。近年來,一種名為“一體式柔性可拉伸拱形摩擦壓電復合納米發(fā)電機”的技術引起了人們的關注。該技術結合了摩擦起電和壓電效應的原理,將機械能轉換為電能,具有高效、環(huán)保、可穿戴等特點。一體式柔性可拉伸拱形摩擦壓電復合納米發(fā)電機的核心部分是由聚合物材料制成的拱形結構。當這種結構受到外力作用時,它會發(fā)生形變,從而產生壓電效應。同時,聚合物材料表面的微小顆粒在摩擦時會產生靜電荷。當這些靜電荷被收集并傳輸到外部電路時,就可以為各種電子設備供電。與傳統(tǒng)的發(fā)電機相比,一體式柔性可拉伸拱形摩擦壓電復合納米發(fā)電機具有許多優(yōu)點。它采用了柔性材料,可以適應各種彎曲和拉伸的形狀,使得它在可穿戴設備、柔性電子等領域具有廣泛的應用前景。該技術利用摩擦起電和壓電效應的原理,可以將機械能轉換為電能,從而提高了能源的利用效率。該技術不需要任何外部電源或磁鐵等輔助設備,因此具有低成本、環(huán)保等優(yōu)點。一體式柔性可拉伸拱形摩擦壓電復合納米發(fā)電機是一種具有廣泛應用前景的新型能源轉換技術。隨著技術的不斷進步和完善,相信它會在未來的能源領域發(fā)揮越來越重要的作用。隨著科技的進步和可再生能源的日益重要,摩擦納米發(fā)電機(TriboelectricGenerator,TEG)作為一種新型的能源收集技術,已經引起了廣泛的。如何有效管理和利用這種自觸發(fā)能源仍然是一個待解決的問題。在這篇文章中,我們將探討基于摩擦納米發(fā)電機的自觸發(fā)能源管理電路的研究。摩擦納米發(fā)電機是一種利用不同材料之間的摩擦電效應來產生電能的新型設備。它具有收集環(huán)境中的微小機械能并將其轉化為電能的能力,因此具有廣泛的應用前景。如何將這種設備產生的電能進行有效管理和利用,是一個值得研究的問題。為了有效管理和利用摩擦納米發(fā)電機產生的電能,我們設計了一種自觸發(fā)能源管理電路。該電路主要由一個DC/DC升壓轉換器、一個儲能單元以及一個控制單元組成。DC/DC升壓轉換器的作用是將摩擦納米發(fā)電機產生的較低電壓的電能轉化為較高電壓的電能,以便能夠為負載供電。儲能單元則負責在電源不足時提供能量,確保系統(tǒng)的持續(xù)運行??刂茊卧獎t負責監(jiān)測電源的電壓和電流,并根據需要控制能量的傳輸。在我們的設計中,控制單元通過監(jiān)測電源的電壓和電流,來判斷是否有足夠的能量來為負載供電。如果電源的能量充足,控制單元將開啟DC/DC轉換器,將電能輸送到負載。如果電源的能量不足,控制單元將關閉DC/DC轉換器,并啟用儲能單元為負載供電。為了驗證我們的設計,我們進行了一系列實驗。實驗結果表明,我們的自觸發(fā)能源管理電路能夠有效管理和利用摩擦納米發(fā)電機產生的電能,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時,我們也發(fā)現,DC/DC轉換器的效率是影響整個系統(tǒng)性能的關鍵因素之一,未來的研究可以圍繞如何提高DC/DC轉換器的效率展開。本文對基于摩擦納米發(fā)電機的自觸發(fā)能源管理電路進行了研究。我們的結果表明,通過設計一個由DC/DC升壓轉換器、儲能單元以及控制單元組成的自觸發(fā)能源管理電路,可以有效管理和利用摩擦納米發(fā)電機產生的電能,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。未來的研究可以圍繞如何提高DC/DC轉換器的效率以及優(yōu)化儲能單元的性能展開。摩擦納米發(fā)電機是一種新型的能源轉換技術,它利用不同材料之間的摩擦生電效應來產生電能。近年來,隨著能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴重,對于可再生能源和節(jié)能技術的研究越來越受到人們的。復合能源系統(tǒng)是指由兩種或兩種以上的不同能源組成的一個協(xié)同能源系統(tǒng),它具有更高的能量轉化效率和更低的污染。本文將基于摩擦納米發(fā)電機的復合能源系統(tǒng)進行研究,旨在提高能源利用效率并降低環(huán)境污染。摩擦納米發(fā)電機的基本原理是利用不同材料之間的摩擦生電效應來產生電能。它主要由兩個相互摩擦的材料組成,其中一個材料的表面通常是高導電性的,而另一個材料的表面則通常是低導電性的。當這兩種材料相互摩擦時,由于電荷的轉移,會產生電能。摩擦納米發(fā)電機正
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