王双飞院士团队 Nano Energy：纤维素基摩擦电材料用于湿热环境稳定能量收集

2023-04-14 来源：高分子科技

随着摩擦纳米发电机（TENGs）在分布式能源收集和自供电传感等领域的快速发展，适应复杂气候变化的摩擦电材料开发与利用受到了越来越多的关注。然而，传统聚合物材料制备的TENG在实际应用中面临高温、高湿等极端环境的干扰，导致其输出性能不稳定。摩擦电材料在极端环境的下兼顾输出的稳定性与高效性，仍然是亟待解决的关键问题。

针对该问题，王双飞院士团队通过将醛基纤维素纳米晶（DANC）和壳聚糖结合，制备了具有环境适应性和稳定结构的纤维素基复合材料。研究发现，在99%相对湿度下，该摩擦电材料的开路电压保留率提高了5倍，在100°C时仅有2%的开路电压变化率，表现出优异的抗环境干扰性能。这项成果以 “Cellulosic triboelectric materials for stable energy harvesting from hot and humid conditions” 为题发表在《Nano Energy》上。博士后高聪为第一作者，聂双喜教授、覃程荣教授、Pedram Fatehi教授为通讯作者。

图1. 纤维素基摩擦电材料的制备。

利用流延热压的组合工艺制备纤维素基摩擦电材料。DANC和壳聚糖作为增强填料提高材料的耐热、耐湿特性。纤维素纤维、DANC和壳聚糖之间相互粘附，连接紧密。由该材料制备的TENG可以捕获身体运动过程的动态生物信息，实现了对运动状态的动态监测，能够在高温高湿环境条件下稳定的运行。

图2. 纤维素基摩擦电材料的电输出稳定性。

为了评估纤维素基摩擦电材料的环境适应性，将其作为TENG正极摩擦材料在不同湿度、不同温度及不同紫外照射环境中进行测试。研究发现，由于更高的内部结合力，该纤维素基摩擦电材料表现出出色环境耐受性和稳定性，显示了其在高温高湿等极端环境下作为能量收集器和自供电传感器的应用潜力。

图3. 纤维素基摩擦电材料用于动作识别及自供电传感。

适应智能万物互联的理念，设计了一种移动终端实时无线传输的压力传感系统，可以方便高效地接收生物信息。该系统能够识别不同动作及运动状态，将信号通过无线终端传输至手机端，并且可在高温高湿环境下稳定运行。基于该材料的自供电可视化传感具有优异的抗环境干扰特性，将在运动数据收集和健康监测等领域具有巨大的应用潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108426

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（责任编辑：xu）

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