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  對(duì)于即將到來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）時(shí)代，大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)需要無(wú)線、可持續(xù)和獨(dú)立的運(yùn)行模式。壓電納米發(fā)電機(jī)（PENG）是一種基于麥克斯韋位移電流收集機(jī)械能并直接感知外部機(jī)械刺激的新興能源技術(shù)，為各種自供電的感知系統(tǒng)提供了可行性。然而，聚合物固有的弱壓電效應(yīng)導(dǎo)致所制備的PENG 的壓電輸出低且信號(hào)不穩(wěn)定，這成為其在物聯(lián)網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的瓶頸。近年來(lái)，研究人員投入了大量精力開發(fā)具有改善壓電性能的聚合物 PENG，但受限于在狹窄的長(zhǎng)度尺度內(nèi)有限的形態(tài)/結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，仍遠(yuǎn)未達(dá)到所需的壓電性能。由于通常需要電極化后處理或結(jié)合靜電紡絲技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的壓電輸出，這種高能耗或復(fù)雜的制備工藝限制了其規(guī)�；瘧�(yīng)用，同時(shí)潛在的電擊穿故障也限制了傳感設(shè)備的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。迄今為止，具有高靈敏度和穩(wěn)定壓電輸出的聚合物 PENGs 的規(guī)模化制備仍然是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

  近日，四川大學(xué)張新星教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種非共價(jià)組裝介導(dǎo)的固相拉伸策略，用于制備無(wú)需電處理的具有多級(jí)各向異性結(jié)構(gòu)的高性能聚合物PENG。隨著甘氨酸改性二硫化鉬納米片的應(yīng)力誘導(dǎo)各向異性排列，2D納米片和聚偏二氟乙烯（PVDF）偶極子之間的強(qiáng)分子間相互作用和限制可以積極地誘導(dǎo)PVDF在有利的方向發(fā)生自極化β相變。得益于此，未經(jīng)額外電處理的納米復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的壓電性能（d₃₃=24.9 pC N ^-1）和強(qiáng)韌機(jī)械性能（拉伸強(qiáng)度為213.3 MPa，韌性為85.8 MJ m ^-3），遠(yuǎn)超大多數(shù)報(bào)道的聚合物壓電材料。利用這些優(yōu)勢(shì)，基于PENG的自供電生理傳感器顯示出高度敏感和穩(wěn)定的輸出信號(hào)，可滿足不同應(yīng)變大小的人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)要求。這項(xiàng)工作為各種能量收集設(shè)備和自供電傳感系統(tǒng)的大面積兼容和低能耗制造提供新路徑。

  對(duì)于有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化體系，必須考慮界面形態(tài)工程和合理的結(jié)構(gòu)規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)材料的多級(jí)各向異性結(jié)構(gòu)（圖1）�；趫F(tuán)隊(duì)前期研究工作（Adv. Mater. 2019, 1900042; ACS Nano 2020, 14, 7055; Nat. Commun 2021, 1291; Small 2022, 18, 2104048），在不同組分間引入動(dòng)態(tài)非共價(jià)相互作用可改進(jìn)材料的加工性和界面相容性。本研究采用兩親性甘氨酸作為穩(wěn)定劑將塊狀 MoS₂剝離成單層或少層 Gly-MoS₂納米片。MoS₂納米片上甘氨酸分子的原位共結(jié)晶在剝離過程中占主導(dǎo)地位，不僅賦予其激活的面外壓電性，而且賦予它們豐富的極性表面，有利于它們?cè)诰酆衔锘|(zhì)中的非共價(jià)組裝（圖2）。

  動(dòng)態(tài)交聯(lián)界面的構(gòu)建為 PVDF 分子鏈和 Gly-MoS₂納米片在固相拉伸過程中的各向異性排列提供有效的鏈遷移率和驅(qū)動(dòng)力，從而賦予所得納米復(fù)合材料具有顯著的機(jī)械增強(qiáng)（圖3）.

  上述工作近期以“Ultrarobust, Hierarchically Anisotropic Structured Piezoelectric Nanogenerators for Self-Powered Sensing”為題發(fā)表在《Nano Energy》上。論文第一作者為四川大學(xué)高分子研究所博士生黃鑫，通訊作者為高分子材料工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張新星教授，本研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（52173112、51873123），國(guó)家高層次人才特殊支持計(jì)劃青年項(xiàng)目和四川省杰出青年科學(xué)基金（2021JDJQ0017）資助支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107379