苏州大学徐岚教授 ACS SCE：制备了混合结构的纳米纤维膜用于可穿戴摩擦电纳米发电机

2023-09-16 来源：高分子科技

为了克服传统电池在可穿戴电子产品上的应用限制，自供电可穿戴电子产品正在高速地发展。静电纺纳米纤维基的摩擦电纳米发电机（TENGs)在可穿戴电子产品中具有广阔的应用前景而备受关注，其能够提高铁电聚合物的β相含量、优化摩擦层中的电荷分布，使其表现出更高的摩擦电输出性能。然而一些静电纺丝纳米纤维在频繁压缩接触当然过程中会产生分层的现象，这是由于纤维之间只是简单物理重叠，这限制了其在可穿戴电子产品中的应用。

本文使用改进的自由液面纺丝装置(MFSE)批量制备了热塑性聚氨酯/炭黑（TPU/CB）串珠纳米纤维和聚偏氟乙烯共三氟乙烯(P(VDF-TrFE)纳米纤维混合结构的纳米纤维膜（TCP HNMs）。一定比例的TPU/CB串珠纳米纤维与P(VDF-TrFE)纳米纤维的相互结合有效地抑制了P(VDF-TrFE)纳米纤维的分层，提高了HNM的介电性能与表面粗糙度，具有更好的输出性能和耐久性。此外，TCP HNM具有一定的拉伸恢复性和疏水性，有很大潜力用于制备耐用的可穿戴电子设备。制造的TENG不仅可将不同人体运动产生的机械能转换为电能，为各种电容器充电为小型电子设备供电，还可以用于检测人体的运动。

图1 MFSE制备TCP HNM的过程以及TENG的组成

图2 不同组分的TCP HNM纤维形貌、颜色以及机械稳定性能

图3 TCP HNMs的摩擦电性能

图4 TENG的应用

以上研究成果以“Hybrid-Structured Electrospun Nanofiber Membranes as Triboelectric Nanogenerators for Self-Powered Wearable Electronics”为题发表在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上，论文的第一作者为苏州大学纺织与服装工程学院博士研究生尹静，通讯作者为徐岚教授。新加坡国立大学博士研究生李菁澄和Seeram Ramakrishna教授也参与了该研究。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c03025

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（责任编辑：xu）

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