王中林Nat. Commun.：通过TENG生成的麦克斯韦位移电流进行水下无线通讯

艾玉

2022-06-10

由于水下环境的复杂性，实现稳定可靠的水下通讯是一个充满挑战性的考研。目前，水下通讯应用最广泛的技术是声波通讯，因为声波不像电磁波和光波那样容易被水吸收。然而，海洋环境中充满着大量的背景噪声，且声学传输延迟大，受温度，压力，盐度影响较大，因此，急需开发一种全新的通讯技术来克服上述难题。

近日，王中林院士团队提出了一种通过麦克斯韦位移电流进行水下无线通讯的方法。该方法通过摩擦电纳米发电机（TENG）将声音转化为电能，并将TENG连接到发射电极，以在水下产生时变极化电场。相应的时变电流通过连接到静电计的接收电极进行测量。

本文要点：

1）该工作受麦克斯韦方程组启发，提出了一种通过位移电流进行水下通讯的技术。理论上来说，位移电流是统一电和磁的物理量，在位移电流中，第一项∂E/∂t诱发电磁波，第二项∂P/∂t由介质极化引起，TENG在工作时产生快速交变电场，以便通过位移电流∂P/∂t实现无线通信，由于水的介电常数比空气大，更有利于极化电场的传播，因此该技术可用于复杂水域下的水下通讯。

2）该工作的研究结果表明，TENG产生的电流信号对水下扰动具有良好的抗干扰能力。在一根100米长的盐水管中进行信号传输发现，电流信号的峰值比原来信号降低66%，而电信号的波形并不失真。

3）该工作还基于开关键控方法，成功在水箱中以16位/秒的调制电流信号传输文本和图像信息，在连续传输约20000个数字信号的过程中，没有出现任何错误。

Hongfa Zhao，et al，Underwater wireless communication via TENG-generated Maxwell’s displacement current，Nature Communications，2022

DOI：10.1038/s41467-022-31042-8

https://doi.org/10.1038/s41467-022-31042-8