近期，程纲教授课题组的研究成果“The self-powered agricultural sensing system with 1.7 km wireless multichannel signal transmission using a pulsed triboelectric nanogenerator of corn husk composite film”在国际著名刊物Nano Energy (IF=19.069, JCR一区)上发表。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107699

粮食事关国运民生，粮食安全是国家安全的重要基础。确保粮食安全需要增强农业科技创新能力，提高粮食生产水平。传统耕种凭经验施肥、灌溉，不仅浪费大量的人力物力，对环境和水土保持也构成了严重威胁，对农业可持续性发展带来严峻挑战。现代科学技术使农业朝着更加智能的方向发展。智慧农业是指利用物联网、大数据等技术，将大量的传感器放置在农田中，实时获取农田的温度、湿度、光照强度和土壤湿度等信息，进而实现对农田的精细化管理，起到减少资源浪费，提高粮食产量的目的。利用环境友好的、天然可降解的材料制备Pulsed-TENG，设计高效电源管理电路、低功耗并且能够远距离传输的无线农业传感系统是发展自驱动农业传感系统的关键。

研究人员基于TENG设计了多种自驱动无线农业传感系统。但这些自驱动无线农业传感系统主要存在以下的三个问题。一是无线农业传感系统中的TENG的摩擦电材料都是高分子塑料膜。高分子膜的广泛使用很容易造成农田的白色污染。二是TENG高电压、低电流的输出特性难以直接为传感器供电，因此，需要电源管理电路（PMC）对其输出能量进行管理和存储。但TENG的内部等效阻抗（~100 MΩ）与电源管理电路的等效阻抗（<1 kΩ）不匹配导致能量存储效率极低。三是无线信号的传输使用蓝牙、WiFi等方式，传输距离都近，只有几十米，难以满足农田的需要。因此，利用环境友好的、天然可降解的材料制备内部阻抗几乎为零的Pulsed-TENG，设计高效电源管理电路、低功耗并且能够远距离传输的无线农业传感系统是发展自驱动农业传感系统的关键。

基于玉米皮复合膜Pulsed-TENG的1.7 km无线多通道信号传输的自驱动农业传感系统

发展了一种基于玉米皮复合薄膜的脉冲式摩擦纳米发电机（CH-Pulsed-TENG）的1.7 km无线多通道自驱动农业传感系统。由于具有耐磨、防潮、无污染、可降解等诸多优点，玉米皮是一种理想的摩擦电材料。CH-Pulsed-TENG的输出电压和转移电荷量分别可达3.5 kV和300 nC。通过集成CH-Pulsed-TENG、电源管理电路（PMC）、稳压电路（VRC）、传感器、数据发射和接收终端，发展了一种多通道信号传输的自驱动农业传感系统。无源电源管理电路对100 μF的电容能量存储效率高达54.5%。该自驱动农业传感系统可同时采集和传输农田温度、湿度、光强和土壤湿度的四种不同信号，最大无线传输距离为1.7公里。此外，自驱动农业传感系统可由风能驱动。该自驱动农业传感系统不仅可以连续检测农田环境信息，还可以回收利用废弃农作物，在发展智能绿色农业方面具有潜在的应用前景。

硕士研究生顾广翔和顾广钦博士为论文的第一作者，程纲教授和杜祖亮教授是本文的共同通讯作者。本工作得到国家自然科学基金委、河南省科技厅、中国博士后科学基金会和河南大学的经费支持。