封面图(已入选AM 2026年10月第58期的正封面)

  摩擦纳米发电机（triboelectric nanogenerator，TENG）能够将人体运动、雨滴冲击等环境机械能转化为电能，在可穿戴电子和分布式能源系统中具有重要应用潜力。然而，传统接触–分离型TENG容易产生界面磨损和污染，而非接触型TENG又通常面临摩擦电荷俘获能力不足、输出性能较低和电荷快速耗散等问题。引入高介电陶瓷颗粒可以增强摩擦层的极化和电荷俘获能力，但传统陶瓷材料的刚性通常会削弱器件的柔软性和可拉伸性。因此，如何同时实现高效电荷调控与全器件可拉伸，是高性能可穿戴TENG设计中的关键挑战。

  近日，台湾国立中兴大学赖盈至教授、刘恒睿教授与韩国延世大学Cheolmin Park院士团队合作，将钙钛矿型高熵陶瓷颗粒Sr(Ti_0.2Sn_0.2Zr_0.2Hf_0.2Nb_0.2)O₃直接引入硅橡胶摩擦层，并结合类石墨织物储电层和炭黑/硅橡胶弹性电极，构建了一种大面积、全器件可拉伸的高熵陶瓷增强型TENG（HEC-TENG）。

  该工作以“High-Entropy Ceramic-Enhanced Deformable Triboelectric Nanogenerator for Noncontact Biomechanical and Raindrop Energy Harvesting”为题发表于《Advanced Materials》。文章第一作者是延世大学材料科学与工程系李胜优博士和台湾中兴大学材料科学与工程系在读博士生赖伟臣。通讯作者为延世大学Cheolmin Park院士，台湾中兴大学刘恒睿教授和赖盈至教授。

  与以往仅将高熵陶瓷作为中间储电层的设计不同，该工作使高熵陶瓷直接参与摩擦电荷的俘获和传输（图1）。多种阳离子共同占据晶格位点所形成的局域晶格畸变，可增强介电极化；同时，大量陶瓷–聚合物界面有助于形成界面极化和电荷陷阱，从而提高摩擦电荷密度及保持能力。

图1. HEC-TENG的结构设计、制备过程及全器件可形变特性。

  研究表明，当高熵陶瓷颗粒掺杂量为0.3 wt%时，复合硅橡胶的介电常数达到13.25。在相同掺杂量下，Al₂O₃、BaTiO₃和TiO₂等传统陶瓷颗粒并未表现出相同的增强效果，说明性能提升与高熵陶瓷独特的多组元固溶结构和局域极化效应密切相关（图2）。此外，低含量高熵陶瓷颗粒并未明显改变硅橡胶的杨氏模量、断裂应力和断裂应变，使材料在提高介电性能的同时仍能保持较好的机械顺应性。

图2. 高熵陶瓷颗粒的晶体结构、多元素组成及类石墨织物的材料表征。

  HEC-TENG采用三层复合结构：高熵陶瓷/硅橡胶层负责电荷俘获和传输，类石墨织物负责长期电荷存储，炭黑/硅橡胶复合层作为可拉伸电极。三者协同建立了“电荷产生—俘获—传输—存储—保持”的连续调控过程。与纯硅橡胶TENG相比，优化后的HEC-TENG输出电压由72 V提高至118 V，电流密度由353 μA m^-2提高至732 μA m^-2；表面电势达到-1120 V，电荷保持时间延长至470 min（图3）。

图3. 高熵陶瓷含量及三层器件结构对介电性能、电荷俘获和TENG输出的影响。

  整个HEC-TENG器件可承受超过230%的拉伸应变。在100%拉伸应变下循环测试1000次后，器件仍保持稳定的电压和电流输出，说明少量高熵陶瓷颗粒可以在不显著牺牲器件柔性和拉伸性的前提下，提高摩擦电性能。在1 mm非接触距离下，HEC-TENG可产生90 V电压和450 μA m^-2电流密度（图4）。与传统接触型器件相比，非接触工作模式能够减少界面磨损和污染，并允许器件集成在服装内侧，用于收集摆臂、跑步和跳跃等人体运动能量。得益于高熵陶瓷增强的介电极化和电荷调控能力，该器件还可用于液-固接触式雨滴能量收集。其最大输出电压达到466 V，最大输出功率达到150 μW，明显高于纯硅橡胶器件（图5）。

图4. HEC-TENG的接触/非接触发电性能以及不同拉伸应变下的循环稳定性。

图5. HEC-TENG的雨滴发电机理、液滴输出性能和外接电阻负载后的功率。

  在应用展示中，研究团队将HEC-TENG集成于衣物内侧，在无需持续物理接触的情况下收集人体运动能量，并驱动LED、电子手表和计算器（图6）。多个HEC-TENG还可集成在雨衣袖口或构建大面积阵列，用于收集雨滴能量，并驱动LED、电子手表和温湿度计，展示了其在可穿戴电源和分布式雨水能源系统中的应用潜力（图7）。

图6. HEC-TENG用于非接触人体运动能量收集及商业电子设备供电。

图7. 雨衣集成式和大面积阵列式HEC-TENG雨滴能量收集系统。

  该工作的核心意义在于，高熵陶瓷颗粒不再仅作为刚性介电填料或中间储电层，而是作为主动电荷调控组分直接嵌入可拉伸摩擦层。通过极低填充量，高熵陶瓷同时增强了介电极化、电荷俘获和界面传输能力，并避免了高填充陶瓷复合材料常见的机械脆化问题，为高熵陶瓷在全器件可拉伸自供电电子中的应用提供了新的设计思路。

  文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.74157

  延世大学Cheolmin Park院士课题组网站：https://yonseinpl.wixsite.com/nanopolymer

  台湾中兴大学赖盈至教授课题组网站：https://lai423.wixsite.com/advdevice