柔性摩擦纳米发电机（TENG）因其在机械能收集、自供电传感和人机交互中的广泛应用潜力，近年来备受关注。然而，传统TENG材料在实际应用中面临多重挑战：首先，其机械性能不足，难以应对复杂或高强度的动态应力环境；其次，自修复能力欠佳，限制了材料的使用寿命和维护效率；此外，其极端环境适应性较差，在极端温度、高湿环境或长期使用条件下性能易衰减。低共熔凝胶（Eutectogel）因其优异的离子电导率、良好的热稳定性和绿色可持续性，被视为柔性TENG的理想材料。但如何系统化进行分子结构优化设计，提升低共熔凝胶机械强度、自修复能力的同时，赋予材料极端环境适应性并优化TENG的电输出性能，仍是亟待解决的核心挑战。

  针对上述挑战，近日，大连工业大学孙润仓教授、邵长优副教授团队和北京林业大学文甲龙教授团队提出了一种创新的内外双增强策略（IEDRS），通过分子层面的结构优化和多组分协同增强，显著改善了低共熔凝胶的综合性能。该策略通过内部增强和外部增强实现性能突破：内部通过引入高活性的甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）与过量乳酸（LA）反应形成共轭物单体，并在低共熔溶剂（氯化胆碱/乳酸）中通过无引发剂的紫外光直接引发原位聚合的创新性合成技术，构建了具有机械强韧与动态自愈特性的低共熔凝胶互锁网络骨架；外部则加入植物衍生的木质素（Lignin）天然高分子，利用其本征刚性结构和丰富羟基的动态氢键界面，同步提升低共熔凝胶的力学强度和自主愈合能力，并赋予凝胶卓越的可逆表面黏附性质。内部交联网络与外部氢键网络协同作用相结合，实现低共熔凝胶高机械强度、超强韧性、快速自愈、高离子导电性和优异极端环境适应性的有效集成。该策略创新性地结合化学交联与物理交联，通过分子耦合作用将多种优异性能融入单一材料体系中，同时以绿色可持续的木质素和低共熔溶剂体系为基础，展现出高效、环保和可持续的材料开发潜力。

  基于IEDRS策略制备的GLCL凝胶在多项关键性能上实现了突破：其机械性能显著提升，断裂应力高达1.53 MPa，韧性达到1.85 MJ/m3；材料的黏附性能表现优异，最大黏附强度可达4.76 MPa；同时具备优异的自修复能力，切割后的材料在室温下可在12小时内恢复84.7%的强度。此外，GLCL凝胶具有卓越的环境适应性，能够在?40°C至100°C的宽温度范围内保持稳定性能。这些优异特性使其成为柔性电子和极端环境应用中的理想材料。

  基于GLCL凝胶制备的摩擦电纳米发电机（GLCL-TENG）展现出卓越的性能和广泛的应用潜力。其电输出性能优异，开路电压高达294.4 V、短路电流1.9 μA、转移电荷92.4 nC，并在动态条件下保持稳定。得益于GLCL内强烈的动态氢键相互作用，材料能够快速自修复，即使在受损条件下依然保持强劲的电输出能力。同时，GLCL-TENG在?40°C至100°C的宽温度范围内保持稳定输出，并经过10,000次接触分离循环后性能无明显衰减，展现出优异的耐用性和极端环境适应性。凭借这些卓越性能，GLCL-TENG在自供电传感与人机交互领域表现突出，能够精准检测手指、手腕及手臂的运动，广泛适用于可穿戴设备和智能交互应用，并成功实现无线控制赛车游戏等创新应用。作为一种理想的全气候能量采集解决方案，GLCL-TENG可为便携式电子设备提供独立供电，进一步拓展了其在能源采集和智能传感领域的广阔应用前景。

图 6：GLCL-TENG在全天候生物机械能量收集中的应用。

图8：利用自供电GLCL-TNEG控制界面实现无线操控下的车辆运动。

  以上研究成果近期以“Mechanically Resilient, Self-Healing, and Environmentally Adaptable Eutectogel-Based Triboelectric Nanogenerators for All-Weather Energy Harvesting and Human?Machine Interaction为题，发表在期刊《ACS Nano》上。

  原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c12130