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蘇州大學(xué)徐嵐教授 ACS SCE：制備了混合結(jié)構(gòu)的納米纖維膜用于可穿戴摩擦電納米發(fā)電機(jī)
2023-09-16  來源：高分子科技


  為了克服傳統(tǒng)電池在可穿戴電子產(chǎn)品上的應(yīng)用限制，自供電可穿戴電子產(chǎn)品正在高速地發(fā)展。靜電紡納米纖維基的摩擦電納米發(fā)電機(jī)（TENGs)在可穿戴電子產(chǎn)品中具有廣闊的應(yīng)用前景而備受關(guān)注，其能夠提高鐵電聚合物的β相含量、優(yōu)化摩擦層中的電荷分布，使其表現(xiàn)出更高的摩擦電輸出性能。然而一些靜電紡絲納米纖維在頻繁壓縮接觸當(dāng)然過程中會(huì)產(chǎn)生分層的現(xiàn)象，這是由于纖維之間只是簡單物理重疊，這限制了其在可穿戴電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。


  本文使用改進(jìn)的自由液面紡絲裝置(MFSE)批量制備了熱塑性聚氨酯/炭黑（TPU/CB）串珠納米纖維和聚偏氟乙烯共三氟乙烯(P(VDF-TrFE)納米纖維混合結(jié)構(gòu)的納米纖維膜（TCP HNMs）。一定比例的TPU/CB串珠納米纖維與P(VDF-TrFE)納米纖維的相互結(jié)合有效地抑制了P(VDF-TrFE)納米纖維的分層，提高了HNM的介電性能與表面粗糙度，具有更好的輸出性能和耐久性。此外，TCP HNM具有一定的拉伸恢復(fù)性和疏水性，有很大潛力用于制備耐用的可穿戴電子設(shè)備。制造的TENG不僅可將不同人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，為各種電容器充電為小型電子設(shè)備供電，還可以用于檢測人體的運(yùn)動(dòng)。 


圖1 MFSE制備TCP HNM的過程以及TENG的組成 


圖2 不同組分的TCP HNM纖維形貌、顏色以及機(jī)械穩(wěn)定性能 


圖3 TCP HNMs的摩擦電性能 


圖4 TENG的應(yīng)用


  以上研究成果以“Hybrid-Structured Electrospun Nanofiber Membranes as Triboelectric Nanogenerators for Self-Powered Wearable Electronics”為題發(fā)表在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上，論文的第一作者為蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院博士研究生尹靜，通訊作者為徐嵐教授。新加坡國立大學(xué)博士研究生李菁澄和Seeram Ramakrishna教授也參與了該研究。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c03025

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