哈爾濱工程大學(xué)船舶學(xué)院流體力學(xué)“興?！睂W(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)在海洋能源采集領(lǐng)域取得關(guān)鍵進(jìn)展，其研發(fā)的螺旋桿驅(qū)動(dòng)圓柱形摩擦納米發(fā)電機(jī)（HRC-TENG）登上國(guó)際頂級(jí)期刊《納米能源》（影響因子16.8）。該技術(shù)通過(guò)創(chuàng)新機(jī)械結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)，成功破解了深遠(yuǎn)海設(shè)備在弱海況下持續(xù)供電的難題，為海洋物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；l(fā)展提供重要支撐。

傳統(tǒng)海洋監(jiān)測(cè)設(shè)備長(zhǎng)期面臨電池壽命短、運(yùn)維成本高、污染風(fēng)險(xiǎn)大等挑戰(zhàn)，而真實(shí)海浪多為超低頻、低陡度的弱激勵(lì)，導(dǎo)致傳統(tǒng)摩擦納米發(fā)電機(jī)難以有效觸發(fā)。研究團(tuán)隊(duì)從竹蜻蜓螺旋升力機(jī)制中汲取靈感，設(shè)計(jì)出“螺旋桿＋端面棘輪單向離合”機(jī)械整流機(jī)構(gòu)。該裝置通過(guò)兩端重球隨海浪的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)螺旋桿轉(zhuǎn)化為持續(xù)單向旋轉(zhuǎn)，單次低頻激勵(lì)即可維持12秒連續(xù)發(fā)電，徹底解決了弱海況下發(fā)電“觸發(fā)難、輸出弱、不連續(xù)”的技術(shù)瓶頸。

在電學(xué)設(shè)計(jì)方面，團(tuán)隊(duì)采用PA、PTFE、泡沫PET三元介電結(jié)構(gòu)與銅電極體系，通過(guò)多孔PET泡沫的電荷泵效應(yīng)與電荷轉(zhuǎn)移協(xié)同作用，顯著提升了發(fā)電性能。結(jié)合摩擦納米發(fā)電機(jī)與電磁混合互聯(lián)技術(shù)，該裝置在低頻小角度工況下實(shí)現(xiàn)高幅值輸出，體積功率密度優(yōu)于同類報(bào)道裝置。通過(guò)六自由度RAO水動(dòng)力模型解析耦合共振機(jī)理，水池試驗(yàn)與仿真結(jié)果高度吻合，實(shí)海測(cè)試中成功點(diǎn)亮532顆高亮LED并穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)溫濕度監(jiān)測(cè)模塊，驗(yàn)證了其在實(shí)際海洋環(huán)境中的可靠性。

該研究構(gòu)建了“水動(dòng)力仿真優(yōu)化—小型水池物理迭代—實(shí)海試驗(yàn)驗(yàn)證”的完整創(chuàng)新鏈條，將船舶性能專用水池轉(zhuǎn)型為海洋新裝備的開(kāi)放孵化平臺(tái)，大幅降低了技術(shù)驗(yàn)證門檻。目前，HRC-TENG技術(shù)已展現(xiàn)出在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、生態(tài)觀測(cè)、深遠(yuǎn)海預(yù)警及低功耗傳感網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力，為構(gòu)建長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的智慧海洋體系提供了自給自足的能源解決方案。