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  柔性電子設(shè)備或軟體機(jī)器人取得了飛速的發(fā)展，其中的一個(gè)挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的、功能匹配的電源。例如，理想情況下，用于電子皮膚的能源器件應(yīng)該能夠粘附在彎曲的人體皮膚并相應(yīng)地變形，甚至損壞后能自動(dòng)修復(fù)；軟機(jī)器人的能源器件也可能需要適應(yīng)不規(guī)則和動(dòng)態(tài)的形狀或表面，然而，大多數(shù)傳統(tǒng)的電磁式發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能電池等電源由于材料選擇和特定結(jié)構(gòu)要求的限制，無法滿足這些要求。近來快速發(fā)展的摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG），是一種極具前景的能源器件，可用于軟體電子/機(jī)器人技術(shù)。研究人員已經(jīng)研發(fā)了各種柔性和可拉伸的TENG，它們可以收集各種機(jī)械能。但這些柔性和可拉伸的TENG的變形能力有限。除此之外，也有一些研究人員研發(fā)了自愈合的TENG，然而，制備的自愈合的TENG需要加熱或很長(zhǎng)時(shí)間才能愈合，因此，制備可任意變形和瞬間自愈合的的TENG依然存在一定的挑戰(zhàn)。 

  近日，中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所蒲雄研究員、胡衛(wèi)國(guó)研究員、王中林院士研究團(tuán)隊(duì)，研制出了一種可任意變形和瞬時(shí)自愈合的摩擦納米發(fā)電機(jī)，該器件具有高度形狀自適應(yīng)、瞬時(shí)室溫自愈合和高輸出的特點(diǎn)。研究成果發(fā)表在近期的ACS Nano (2019, 13, 8, 8936-8945. ）。

圖1 形狀自適應(yīng)TENG的結(jié)構(gòu)示意圖、形狀自適應(yīng)實(shí)物展示、以及自愈合機(jī)理示意。

  研究人員首先利用羥基封端的聚二甲基硅氧烷（PDMS）與硼酸脫水縮合得到橡皮泥。制得的橡皮泥具有獨(dú)特的性質(zhì)，隨著時(shí)間的推移，它能夠像液體一樣緩緩流動(dòng)。輕輕地捏，可將其捏成各種形狀。這是由于橡皮泥中存在動(dòng)態(tài)的硼氧配位鍵，橡皮泥變形時(shí)，聚合物鏈?zhǔn)强梢苿?dòng)的，動(dòng)態(tài)鍵發(fā)生斷裂并在不同的地方重新形成。制得的橡皮泥同時(shí)具有自愈合的功能，其在受到機(jī)械損傷后，動(dòng)態(tài)的硼氧配位鍵和氫鍵可以重新結(jié)合，使其恢復(fù)原有的功能。然后將多壁碳納米管分散到橡皮泥中，制得可任意變形和自愈合的導(dǎo)電橡皮泥，用橡皮泥將導(dǎo)電橡皮泥進(jìn)行封裝，制得可任意變形、自愈合的摩擦納米發(fā)電機(jī)。制備的TENG能夠產(chǎn)生高達(dá)140伏的開路電壓，瞬時(shí)功率密度為410毫瓦/每平方米。此TENG具有高輸出的原因是軟性固-固界面接觸和橡皮泥極強(qiáng)的摩擦電負(fù)性。橡皮泥具有比常用的PTFE更強(qiáng)的摩擦電負(fù)性。此TENG可以粘附到任意曲面，同時(shí)可裁剪并重新組裝成新的形狀。此TENG有望應(yīng)用于電子皮膚、軟體機(jī)器人、以及可穿戴電子等領(lǐng)域。 

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.9b02690