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王中林院士AFM:基于MXene/PVA水凝胶的柔性多功能摩擦纳米发电机

The following article is from 科研志 Author 柔性电子材料与器件

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一、文章概述

便携、柔性可穿戴、自供电的电子设备是大数据、物联网、人工智能快速发展的新需求。然而,传统的能源供应设备(如电池和电容器),由于其结构刚性强,几乎不能承受严重的变形。摩擦纳米发电机(TENG)是一种新兴的实现自供电传感和低频能量收集的技术,在柔性可穿戴电子设备中具有巨大的应用潜力。柔性TENG要求摩擦电层和电极层都具有柔性和可拉伸性。尽管柔性摩擦电层的候选材料范围很广,但柔性和仿生皮肤电极材料仍然有限,其性能应良好且稳定,且不会被拉伸、扭曲、弯曲和其他外力损坏。传统的柔性导电材料,如导电银浆、银纳米线、碳纳米管、石墨烯等,由于成本过高或制备工艺复杂,难以实现量产。因此,迫切需要探索和开发用于电子产品的 TENG 的高性能柔性仿生皮肤电极材料
近日,广西大学纳米能源研究中心、中科院北京纳米能源所王中林院士研究团队报道了一种MXene/聚乙烯醇(PVA)水凝胶TENG(MH-TENG),其具有制造简单、输出性能高和用途广泛的特点。相关研究工作以题为“A Flexible Multifunctional Triboelectric Nanogenerator Based on MXene/PVA Hydrogel”发表在国际材料学顶尖期刊Advanced Functional Materials (IF=18.808)上。
在该工作中,MXene纳米片的掺杂促进了PVA水凝胶的交联,提高了复合水凝胶的拉伸性。MXene纳米片还在表面形成微通道,这不仅通过改善离子传输来增强水凝胶的导电性,而且还通过流动振动电位机制产生额外的摩擦电输出。即使在单电极模式下,测得的MH-TENG开路电压也高达230 V。MH-TENG可以拉伸到原始长度的200%,并且显示出可拉伸长度和短路电压之间的单调递增关系。通过利用MH-TENG出色的可拉伸特性和对机械刺激的超高灵敏度,展示了在可穿戴运动监测高精度书写笔画识别低频机械能收集方面的应用。


二、图文导读


图1.MXene/PVA水凝胶的微观结构和成分表征。


图2.MH-TENG的工作原理和输出性能。


图3.不同拉伸状态和自供电传感器产生的输出电压,用于监测身体运动。


图4.MH-TENG用于感知不同的手写细节。


图5.用于能量收集的MH-TENG演示。


原文链接
https://doi.org/10.1002/adfm.202104928


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