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  隨著便攜式和可穿戴電子設(shè)備需求的迅速增長，織物基摩擦納米發(fā)（TENG）電機(jī)因其舒適性和易與服裝集成的特點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注。然而普通織物基摩擦納米發(fā)電機(jī)，因輸出性能較低，限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。如何有效提升普通織物的摩擦發(fā)電輸出性能是其實(shí)用化的重大挑戰(zhàn)。

  鑒于此，湖南工業(yè)大學(xué)經(jīng)鑫教授課題組提出了一種普適簡易的改性方法，通過碳納米管（CNT）和聚乙烯亞胺（PEI）的接枝實(shí)現(xiàn)了商用天鵝絨織物摩擦電性能的顯著提升。通過在織物表面引入碳納米管和酰胺鍵，一方面構(gòu)筑了微納層級結(jié)構(gòu)，另一方面提升了織物的正電性，使織物具備更高的電荷密度和摩擦納米發(fā)電性能。

圖1 天鵝絨織物改性原理及微觀形貌

  本研究開發(fā)的織物基摩擦納米發(fā)電機(jī)具有良好的柔性、耐洗性、長期運(yùn)行穩(wěn)定性。并可獲得119 V的最高輸出電壓和12.6 μA的電流，在外接5×10⁶ Ω負(fù)載時，實(shí)現(xiàn)了3.2 W/m²的最大功率密度，可作為小型電子設(shè)備的電源。

圖2 織物基摩擦納米發(fā)電機(jī)水洗測試（a,b,c）及摩擦發(fā)電性能（d-i）

  研制的織物基摩擦納米發(fā)電機(jī)具備優(yōu)異的壓力傳感性能，并能夠簡易地與織物集成實(shí)現(xiàn)觸覺傳感。研究還制備了適于冬天使用的手套界面，展現(xiàn)了織物基摩擦納米發(fā)電機(jī)在人機(jī)界面應(yīng)用中的巨大潛力。

圖3 織物基摩擦納米發(fā)電機(jī)傳感性能

  本研究為提升織物基摩擦納米發(fā)電機(jī)輸出性能提供了新的思路，并為織物基摩擦摩擦納米發(fā)電機(jī)和自供電傳感器的設(shè)計開辟了一條新的途徑。該工作以“Enhancing the Performance of Fabric-Based Triboelectric Nanogenerators by Structural and Chemical Modification”為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（DOI: 10.1021/acsami.1c02815），湖南工業(yè)大學(xué)經(jīng)鑫教授和鄭州大學(xué)米皓陽教授為文章共同通訊作者，湖南工業(yè)大學(xué)博士研究生馮培勇為文章第一作者。

  文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.1c02815

  下載：Enhancing the Performance of Fabric-Based Triboelectric Nanogenerators by Structural and Chemical Modification