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王中林院士、龙云泽、徐宾刚、李佩诗等人在摩擦纳米发电机研究的最新进展
2020/11/20 8:56:17 admin

1.Nano Energy:基于电纺聚偏氟乙烯-石墨烯纳米片复合纤维的高性能摩擦发电纳米发电机用于能量收集

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浙江大学金浩&董树荣&杭州电子科技大学骆季奎提出了一种利用石墨烯纳米片结合静电纺丝技术构建高性能聚偏氟乙烯(PVDF)基TENGs的有效策略。

➣PVDF/G NF-PA6 TENG具有优异的摩擦电性能,其输出电压约为1511V,短路电流密度为189 mA m-2,最大功率密度约为130.2 W m-2,比PVDF-PA6 TENG高出近八倍。

➣石墨烯的成分调制和通过静电纺丝制备的纳米纤维结构均有助于提高PVDF/GNF薄膜的摩擦电性能。

➣这项工作为同时优化摩擦电材料的化学成分和表面微观结构提供了一种有效的策略,使TENGs的输出性能得到了显著改善,并进一步促进了TENGs的广泛应用。

DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105599


2.Nano Energy:基于静电纺丝纤维制备透气、可洗和耐磨的摩擦纳米发电机,用于生物力学能量收集和自供电传感

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香港理工大学徐宾刚教授通过静电纺丝方法获得PA66或P(VDF-TrFE)纳米纤维膜,将PA66或P(VDF-TrFE)纳米纤维膜包裹在商用不锈钢丝表面形成核-壳结构的纱线,再通过传统的机织织造方法获得机织结构的纳米纤维TENG。

➣这种WS-TENG克服了制造工艺复杂、成本高、透气性差等缺点,尺寸为5×5 cm2的WS-TENG在负载电阻为10 MΩ时,具有良好的开路电压为~166V,短路电流为~8.5μA,瞬时功率密度为~93mW/m2。

➣该类WS-TENGs具有全纤维组分、无基材、无粘合剂、交织的编织结构等优点,具有高柔韧性、透气性好、耐洗性好、经久耐用等特点,其突出的输出功率性能,加上纳米纤维和纺织品的优点,使其适用于生物力学能量收集和自供电传感器应用。 

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105549


3. Adv. Funct. Mater.:可拉伸、可洗的超薄仿皮肤式摩擦纳米发电机,作为高灵敏度自供电触觉传感器

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佐治亚理工学院王中林院士报道了一种可拉伸、可洗且超薄的仿皮肤摩擦电纳米发电机(SI-TENG),用于收集人体运动能量并充当一种高灵敏度的自供电触觉传感器。

➣通过优化材料选择和结构设计,SI-TENG具有可拉伸性(≈800%)、超薄(≈89µm)和轻巧(≈0.23g)的优点,可共形附着在人体皮肤上且不干扰其接触。

➣通过TPU的同步静电纺丝和AgNWs的电喷涂,制造了可拉伸的复合电极,该电极由银纳米线(AgNWs)与热塑性聚氨酯(TPU)纳米纤维网络均匀缠绕而成。

➣在接触面积为2×2 cm2,施加力为8N时,SI-TENG的开路电压、短路电流和功率密度分别可达95V、0.3µA和6 mW m-2。

DOI:10.1002/adfm.202005584


4.ACS Appl. Mater. Interfaces:基于有序静电纺丝的各向异性摩擦电纳米发电机

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➣摩擦电纳米发电机(TENG)因其高输出能量密度而受到广泛关注。但是,在开路的情况下,摩擦面上会积聚静电。表面电荷积聚所产生的高电压会给附近的电路带来静电放电(ESD)的风险。

青岛大学龙云泽教授团队使用由静电纺丝技术制备的有序聚合物纳米纤维,以形成一种各向异性的摩擦电纳米发电机(A-TENG),其拉伸性能和机械强度都比无序静电纺丝TENG更好。

➣通过调节有效接触面积,在纵向上输出的电压比在横向上输出的电压高一个数量级。不使用时,纳米发电机可以旋转90°,避免静电积聚和电路烧毁,从而提供了一种在可穿戴环境中防止ESD的简便方法。

DOI: 10.1021/acsami.0c13938


5.Nano Energy:机械互锁的可拉伸纳米纤维,用于多功能可穿戴摩擦电纳米发电机

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新加坡南洋理工大学李佩诗团队提出了一种物理互锁策略,通过同时静电纺丝聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)和电喷雾苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS),来实现自互锁可拉伸、透气和防水的纳米纤维膜。

➣电喷雾SEBS微球用作弹性粘合剂和疏水改性剂,可增强电纺PVDF-HFP纤维网络的可拉伸性和防水性。

➣利用由液态金属(镓铟锡颗粒)和银薄片组成的可印刷电极,研制出一种具有高摩擦电输出(85V,219.66 mW m-2)和电耐久性的可拉伸纳米纤维基TENG(SNF-TENG)。

➣能从人体运动和流水中收集能量,为200个商用LED和电子表供电。

DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105358


6.Nano Res.:具有自粘附水凝胶和压电纳米发电机的生物启发型混合贴剂,可促进皮肤伤口愈合

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华中科技大学朱锦涛&张连斌开发了一种具有自粘性水凝胶和压电纳米发电机(HPSP)的生物启发型混合贴剂,用于促进皮肤伤口愈合,它由贻贝启发的水凝胶基质和基于定向电纺聚偏氟乙烯纳米纤维的压电纳米发电机组成。

➣该装置具有优化的模量和渗透性,适合于皮肤穿戴,可以自粘于伤口部位,并局部产生由运动引起的动态电压。

➣HPSP不仅可以促进成纤维细胞在体外的增殖和迁移,而且还可以通过增加关键生长因子的表达,有效地促进体内胶原蛋白的沉积、血管生成和再上皮形成。

➣HPSP将全层皮肤缺损的伤口闭合时间缩短了约1/3,从而大大加快了愈合过程。该贴剂可用作可穿戴式实时电刺激设备,在皮肤伤口愈合的临床应用中具有潜在的应用价值。

DOI:10.1007/s12274-020-2891-9


7.Nano Energy:通过提高介电常数和分散性改善摩擦电纳米发电机输出性能

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东华大学黄涛老师课题组采用改进的双组分同轴静电纺丝法制备了PDMS/BT@PVDF核壳纳米纤维,构建了一种新型掺杂钛酸钡同轴纳米纤维摩擦纳米发电机(BTCN-TENG),在纳米尺度上通过介电和分散性调制提高了输出性能。

➣将高介电常数的四相BT纳米膜引入到核壳纳米纤维的PDMS核心层中,取代了传统的复合膜。

➣采用溶胶-凝胶水热法合成了四方相BT NPs,将BT NPs的含量调至2.4 wt%,验证了BT NPs在PDMS基质中的分散性优于PVDF基质。

➣由BTCN-TENG产生的电能可以点亮140个商用led灯,驱动电子手表、计算器和无线智能开关等智能设备,而无需外部能源。

10.1016/j.nanoen.2020.104894


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