清华新闻网10月24日电 静电吸附作为一种现代可控吸附技术，已被广泛应用于多种领域，如集成电路制造中的静电卡盘ESC、机器人攀爬以及柔性夹具等。然而，传统的静电吸附系统面临着一个巨大的挑战：它们需要高达数千伏的电压来产生足够的吸附力，而这种高压通常只能由笨重的商业电源提供。这不仅增加了成本和系统复杂性，还限制了系统的便携性和灵活性及相关技术的进一步发展。

清华大学机械系智能与生物机械实验室使用旋转独立式摩擦纳米发电机（RF-TENG）通过整流单元驱动多层柔性薄膜静电阻尼器（EAD）提供持续、稳定的动力。这项基于摩擦电高压的柔性薄膜静电吸附技术，不仅在能源供应上实现了自供电，还展现了轻便性、安全性、便携性和易操作性等特点，为未来静电吸附技术的发展和摩擦纳米发电机的高压应用提供了新思路。

图1.多层柔性薄膜自供电静电吸附系统

该研究的设计灵感来源于肌肉的收缩与舒张机制，通过模拟这一自然过程，给予静电吸附膜导电电极施加摩擦高电压使其整体结构硬化，实现了类似于人工肌肉的可变刚度效果。

图2.EAD内部静电吸附机理

所设计的自供电静电吸附系统由RF-TENG、整流单元和EAD组成，其中RF-TENG由定子和转子两部分组成，定子由一个矩形丙烯酸板组成，上面有两层铜箔电极并覆盖着尼龙薄膜，转子由一个圆形丙烯酸板和六片扇形聚氯乙烯（PVC）薄膜组成；EAD由两个对称部分组成，均包含相同的材料和结构，通过丝网印刷技术在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上制备梳状铜箔导电层，在导电层上覆盖一层聚酰亚胺（PI）介质层，形成器件的一部分，最后将两个相同部分组合成EAD。

图3.不同转速和整流单元下的切向静电力变化

图4.基于RF-TENG的EAD动态吸附特性及等效阻尼系数λ变化

技术的核心在于通过调整与静电吸附力线性相关的驱动电压可直接改变EAD的静、动态电吸附特性，从而实现对其等效阻尼系数的精确调控。经过一维质量-弹簧-EAD振动系统不同参数下的阶跃、正弦响应结果分析后得到的EAD等效阻尼系数可在0.1 N s m^-1和5 N s m^-1之间进行精准稳定调控。

相关研究成果以“基于摩擦电高压的薄膜静电阻尼器”（Thin Film Electrostatic Adsorption Damper Based on Triboelectric High-Voltage）为题，于10月2日发表于《高级功能材料》（Advanced Functional Materials）。

清华大学机械系程嘉副研究员与博士后杨泽为论文共同通讯作者，机械系2022级硕士生赖哲民为论文第一作者。研究得到国家自然科学基金项目和国家重点研发计划等的资助，以及清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202412984

供稿：机械系

编辑：李华山

审核：郭玲