近日，香港理工大学应用物理系郝建华教授（通讯作者）研究小组构建了一种自愈TENG。通过自愈聚合物和磁辅助电极的引入，使得发电机在遭到损伤后可自行修复。该发电机在经过5个损伤-修复周期后，发电机的性能仍然能够达到初始的95%。这项研究为发展新型机械能收集器件提供了可行方案。该研究成果以“Fully Self-healing and Shape-tailorable Triboelectric Nanogenerators Based on Healable Polymer and Magnetic-assisted Electrode”为题发表在Nano Energy上。

图1. 自愈摩擦纳米发电机的结构和发电机理图

（a）自愈摩擦纳米发电机的结构示意图；

（b）自愈TENG（4 cm × 6 cm）的光学照片：（左）插图展示的是底电极的光学照片，（右）插图展示的绝缘层底面图案的光学照片；

（c-f） 自愈TENG的发电机理图：（c）完全接触状态，（d）逐渐分离状态， (e) 逐渐接触状态，（f）完全分离状态。

图2. 自愈TENG的电学输出性能表征

（a）  在施加6.25 N作用力下，自愈TENG的开路电压；

（b）  在施加6.25 N作用力下，自愈TENG的短路电流；

（c）  在施加6.25 N作用力下，自愈TENG的输出电压和电流随负载电阻变化图；

（d）  在施加6.25 N作用力下，自愈TENG的输出功率密度随负载电阻变化图。

图3. 聚合物摩擦层的自愈性能表征

（a）  PDMS-PU的自愈过程：（Ⅰ）初始态的PDMS-PU（Ⅱ）切断后的PDMS-PU（Ⅲ）在65℃自愈后的PDMS-PU；

（b）  （上）损伤样品的光学显微图片，（下）自愈后的光学显微图片；

（c）  自愈后的样品在拉伸前后的图片；

（d）  初始样品和不同自愈时间和温度下，自愈样品的应力-应变曲线；

（e）  在不同自愈时间和温度下，PDMS-PU薄膜的应变恢复百分比。

图4. 聚合物自愈机理

（a）  自愈聚合物结构示意图；

（b）  所制备PDMS-PU薄膜中二硫键的可逆交换反应；

（c）  所制备PDMS-PU薄膜中的可逆氢键连接；

（d）  所制备PDMS-PU薄膜的自愈机理。

图5. 器件的电极自愈性能表征

（a）  通过和LED灯泡串联来定性表征顶部电极的自愈过程：（Ⅰ）初始电极（Ⅱ）切断后电极（Ⅲ）自愈后电极；

（b）  底部电极的自愈过程；

（c）  损伤前和自愈后电极的I-V曲线；

（d）  顶部和底部电极在不同损伤-自愈周期下的电阻变化。

图6. 发电机自愈过程中输出性能表征

（a）  在初始态、断裂后、自愈后，所制备TENG的短路电流；

（b）  在初始态、断裂后、自愈后，所制备TENG的开路电压。

图7. TENG的形状重塑性能

（a）  自愈TENG从方形变为带形的重塑过程：（Ⅰ）初始器件（Ⅱ）切断后（Ⅲ）组装（Ⅳ）重塑器件；

（b）  施力物体与发电机之间的形状匹配对短路电流输出的影响；

（c）  自愈TENG从初始方形到手形的形状重塑过程；

（d）  脚部运动驱动方形TENG产生的开路电压；

（e）  手拍打驱动方形TENG产生的开路电压。

  该团队通过将自愈PDMS-PU聚合物和磁辅助自愈电极集成构建了一种自愈摩擦纳米发电机。该发电机在某部分受到机械损伤后，由于自愈聚合物的机械特自愈性和磁辅助电极的电学自愈特性，能够很好的修复损伤部分，进而实现器件性能的恢复。同时，该自愈发电机还具有形状可裁剪特性，使发电机能够更好的收集机械能和匹配复杂的机械传感。这为发展长寿命、高稳定性和目标适应性的自驱动能源器件提供了可行方案。

  文献链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517305219?via%3Dihub