深大黄龙彪/西工大孔杰/香港理工郝建华《Nano Energy》: 环境耐受性自修复柔性摩擦纳米发电机

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近日，深圳大学黄龙彪、西北工业大学孔杰和香港理工大学郝建华课题组合作报道了一种具有环境耐受性的高性能柔性摩擦纳米发电机，具有快速修复、抗冻不干、抗冰等优异性能，拓展了摩擦纳米发电机在恶劣环境下的应用。（Nano Energy, 2021, 82,105724）

摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator，TENG）可有效地将机械能转换为电能或电信号。但在实际应用中，器件会面临多种复杂环境，如不同温度、表面积冰和外界机械冲击，因此良好的耐环境性是摩擦纳米发电机走向实际应用必不可少的要求。例如，温度变化可能导致器件材料的机械性能降低，同时在低温环境中空气中的水分冷凝并可能在器件表面形成水或冰层。此外，TENG可能会遭受不同程度的机械冲击，从而导致严重损坏器件和材料。目前，鲜有报道关于如何避免TENG器件在低温下表面积冰，也很少有报道对以上几点问题进行系统的研究并赋予TENG良好的耐环境性。

通过文献调研发现，在众多制备TENG的材料中，凝胶材料具有优异机械性能、生物降解性和超强自修复能力，是制备高性能TENG的优良选择。但水凝胶易受环境影响，所含有的水分子易蒸发和结晶化，进而而分别导致凝胶变干和冻结，严重限制了凝胶基TENG的工作温度范围，并缩短了器件的使用寿命。在此项研究中，作者将多重氢键引入凝胶体系中，采用溶剂置换法，制备了自修复、抗冻不干的聚丙烯酰胺-粘土（PAAM-Clay）有机凝胶，以用于电极材料（图1-2）。

图1 PAAM-Clay有机凝胶与水凝胶在不同温度下的性能

图2 PAAM-Clay有机凝胶与IU-PDMS的自修复性能

将亚胺键和四重氢键引入含有PDMS链段的交联网络结构中，制备自修复和抗冰的摩擦层材料（IU-PDMS）。在动态键的作用下，IU-PDMS具有了优异的自修复性能（图2）。由于大量低表面能Si元素的存在，以及材料良好的柔性及较光滑的表面形貌，IU-PDMS表现出良好的抗冰性能，可降低器件表面冰层的积聚（图3）。

图3 IU-PDMS的抗冰性能

通过将具有自修复和抗冻不干特性的PAAM-Clay有机凝胶与具有自修复和抗冰性能的IU-PDMS组装，制备出具有三明治结构的OG-TENG器件。器件的开路电压达到157 V，短路电流为16 μA，转移电荷量为29 nC，最大输出功率密度达到710 mW m^-2，可以轻松点亮30个绿色LED，表现出优异的机械能转化性能（图4）。

图4 OG-TENG的结构、工作原理和输出性能

在低温及高温环境中，基于水凝胶的器件（HG-TENG）由于水结晶和蒸发，已无法正常工作。然而，基于有机凝胶的OG-TENG器件在-30至80 ℃的范围内，依然表现出优异的输出性能，同时保持了良好的自修复性能（图5）。因此，OG-TENG器件可在较宽的温度范围内用于能量收集及自供能传感器，并延长器件使用寿命，保证使用安全。

图5 基于有机水凝胶和水凝胶的TENG分别在不同温度条件下的输出性能

以上工作以“Environment-resisted Flexible High Performance Triboelectric Nanogenerators Based on Ultrafast Self-healing Non-drying Conductive Organohydrogel”为题发表在Nano Energy（2021, 82, 105724）上。深圳大学黄龙彪研究员和西北工业大学博士生戴杏怡为共同第一作者，通讯作者为黄龙彪研究员、西北工业大学孔杰教授和香港理工大学郝建华教授。该工作得到了国家自然科学基金项目（51973119/21875190）、广东省自然科学基金（2018A0303130060）、陕西省杰出青年科学基金（2018JC-008）、和PolyU PDFS（YW4N）的支持。

论文连接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285520312969

黄龙彪研究员课题组博士后招聘及硕士研究生招生信息

一、课题组信息

深圳大学黄龙彪研究员长期从事聚合物材料的微纳加工，并应用于光电与能源器件，目前以第一作者或共同作者在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials, Nano Energy、Small、Nanoscale、ACS Applied Materials & Interfaces等国内外核心期刊上发表论文50余篇，长期担任Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials, Nano Energy、Small、Nanoscale、ACS Applied Materials & Interfaces等知名期刊审稿人。目前主持多项国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市科技创新委科研项目。

二、研究方向

（1）软物质功能材料；

（2）聚合物维纳制造；

（3）绿色能源技术。

三、长期岗位招聘信息

3.1 岗位：博士后；招聘名额：不限；工作内容：聘期为2年，专职从事科学研究。

3.2 岗位：硕士研究生；招聘名额：3位/年，其中学位硕士1位，专业硕士2位。 

四、博士后应聘条件 

1. 国内外高校或研究机构博士毕业，获得高分子化学/物理/材料，、材料科学、应用物理、应用化学、电子等相关专业博士学位，欢迎有企业工作经历博士申请；

2. 在相关或相近研究领域已取得一定的研究成果（至少第一作者发表2篇SCI论文）；

3. 具有良好的学术道德和严谨的科学态度及团队协作精神，能够独立开展相关领域的前沿研究。

五、聘期待遇 

享受深圳大学博士后待遇，享受深圳大学相关社保及公积金。获聘的研究人员除了深圳大学的收入外，符合深圳市人才补助条件者可申请深圳市后备级人才，享有160万元住房补贴；符合海外人才条件人员可申请深圳市孔雀人才计划，享有160-200万住房补贴。可以在聘期内以项目负责人身份以深圳大学为依托单位申报国家自然科学基金及各级科研基金项目。符合学校人事部门政策要求的优秀研究人员可申请转为教师岗位。

六、应聘者请提供以下材料

1. 个人简历；

2.学历、学位证明复印件、以及代表性论文（一个PDF文件）；

3.其它能够说明科研能力的材料；

七、应聘程序 

1. 将应聘材料发到指定的邮箱；

2. 符合要求的应聘者择优面试，在面试期间，应聘人员可了解课题组的研究内容及进展；

3. 面试结束后，经学校审批后再通知是否同意聘用。招聘方会对申请人递交的应聘材料予以保密。 

八、联系人

联系人：黄老师

邮箱地址: [e-mail]

地址：广东省深圳市南海大道3688号实验楼228室

相关进展

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