摩擦纳米发电机

以非光刻硅纳米线( SiNW )阵列为模板，成功制备了碳纳米管/聚二甲基硅氧烷复合微柱( CNT / PDMS MP )阵列，用于摩擦电纳米发电机( TENG )的性能增强。在SiNW阵列上浇注CNT / PDMS复合材料，剥离得到CNT / PDMS MP阵列。CNT / PDMS复合材料的表面拓扑结构直接取决于SiNW阵列的形貌，可以通过典型的金属辅助化学刻蚀工艺的刻蚀时间来改变。当SiNW的形貌得到优化，长度约为10 mm时，微图形化CNT / PDMS复合材料大多被描绘成SiNW阵列模板图案。其次，将CNT / PDMS MP阵列作为摩擦电纳米发电机( TENGs )的摩擦电层，其最大输出电压为22.84 ± 0.85 V，相比于平面PDMS基TENGs，其电输出提高了约18倍；CNT / PDMS MP阵列对TENGs性能的提升主要归因于：( 1 ) CNT复合材料增强了静电感应，提高了介电常数；( 2 )非刻划图案和CNT复合材料表面织构增强了电气化。

在对称超级电容器(双层电极对称SC ( DE-SC ) )中成功地将铝双层电极( DE-Al )作为两个电极，在摩擦电纳米发电机( DE-TENG )中作为一个正电层，目的是利用自相同结构、自供电的柔性器件进行能量转换和存储。简单的水辅助氧化( WAO )工艺和WAO工艺后的金属溅射可以使电极的活性表面积和电导率得到极大的提高，从而提高超级电容器( SC )的电化学性能，特别是这种双层结构的制备工艺耗时少、性价比高。采用循环伏安法( CV )、恒流充放电法( GCD )和电化学阻抗谱( EIS )对所提出的DE-Al进行了系统的电化学测试，并对其表面进行了深入的表征。从这些研究来看，DE-Al与其他结构相比，具有特殊的电化学性能，在聚乙烯醇/磷酸( PVA / H3PO4 )凝胶电解质中用作电极。对制备的SC进行电化学测试，发现其导电性能增强，活性表面积大，性能得到明显改善。采用GCD分析考察了DE-SC的比电容和循环寿命稳定性。此外，还得到了稳定性试验前后( 3500个循环)的EIS曲线，以证明DE-SC的长期耐久性。同样以相同的DE-Al为正电层，聚二甲基硅氧烷( PDMS )为负电层，制备了垂直接触和TENG的分离模式。最后，利用桥式整流器将所制备的SC和TENG成功地结合起来，将机械能转化为电能并存储起来。

在对称超级电容器(双层电极对称SC ( DE-SC ) )中成功地将铝双层电极( DE-Al )作为两个电极，在摩擦电纳米发电机( DE-TENG )中作为一个正电层，目的是利用自相同结构、自供电的柔性器件进行能量转换和存储。简单的水辅助氧化( WAO )工艺和WAO工艺后的金属溅射可以使电极的活性表面积和电导率得到极大的提高，从而提高超级电容器( SC )的电化学性能，特别是这种双层结构的制备工艺耗时少、性价比高。采用循环伏安法( CV )、恒流充放电法( GCD )和电化学阻抗谱( EIS )对所提出的DE-Al进行了系统的电化学测试，并对其表面进行了深入的表征。从这些研究来看，DE-Al与其他结构相比，具有特殊的电化学性能，在聚乙烯醇/磷酸( PVA / H3PO4 )凝胶电解质中用作电极。对制备的SC进行电化学测试，发现其导电性能增强，活性表面积大，性能得到明显改善。采用GCD分析考察了DE-SC的比电容和循环寿命稳定性。此外，还得到了稳定性试验前后( 3500个循环)的EIS曲线，以证明DE-SC的长期耐久性。同样以相同的DE-Al为正电层，聚二甲基硅氧烷( PDMS )为负电层，制备了垂直接触和TENG的分离模式。最后，利用桥式整流器将所制备的SC和TENG成功地结合起来，将机械能转化为电能并存储起来。

触觉传感器作为人机接口和自主机器人的重要组成部分，需要具备额外的感知瞬态机械刺激的能力，而不是停留在静态感知状态。本工作提出了一种混合触觉传感器，它集成了多孔聚二甲基硅氧烷( PDMS )基摩擦电活性传感单元和导电炭黑( CB ) /热塑性聚氨酯( TPU )复合材料基压阻传感单元。这种混合传感器对静态和瞬态的机械激励都有很好的响应，从而可以精确区分触觉刺激中“接近-接触-加压-释放-分离”的整个过程。此外，该传感器可检测接近和分离速度高达100   mm   s-1，接触或分离速度与摩擦电电压输出具有良好的线性度。这两个来自混合传感器的信号可以结合起来，产生关于机械刺激的全面和深刻的信息，并区分相似刺激之间的细微差别。我们展示了该混合传感器在智能拳击训练手套中的应用，能够识别不同拳击拳头，并揭示每个拳头的影响细节信息。

便携式电子产品的需求日益增加，要求现代电源具有灵活性、可穿戴性、耐用性和防水性。本工作报道了一种由MXene /聚二甲基硅氧烷薄膜组成的柔性单电极摩擦电纳米发电机。系统研究了( MXene )含量( wt % )和压缩力对所制备器件输出性能的影响。通过周期性手工锤击2   ×  4   cm2智能纺织品基复合材料，在100   M Ω的负载电阻下获得了峰值开路电压225   V、短路电流密度30   μ A   cm - 2和最大功率密度10   mW   cm - 2。高输出直接给串联的80个绿色发光二极管供电，不需要外加任何电源。除了作为摩擦电纳米发电机的应用外，纺织基复合材料还作为人体运动传感器，检测人体的各种运动，如手指敲击、手拍、手锤等。这种轻质的智能纺织品为多功能电源提供了潜在的机会，因此在自供电的可穿戴电子领域有很好的应用前景。

作为一种有前途的能源转换器，摩擦电纳米发电机( TENG )显示出无可比拟的优势。然而，功能材料在摩擦电化过程中的磨损和损伤对其性能影响很大。本工作通过将三齿钳形配体分子引入到线性聚二甲基硅氧烷( PDMS )链中，合成了具有优良粘弹性、超拉伸性能的摩擦电层用Zn-Pdca- PDMS弹性体(

增强纳米发电机的性能是纳米发电机和自发电系统领域的主要研究热点之一。本手稿展示了将摩擦电纳米发电机和压电纳米发电机( TENG-PENG )结合在一起，通过制备杂化纳米发电机来增强电输出。此外，还采用了一种表面改性工艺，用聚二甲基硅氧烷( PDMS )聚合物和钛酸钡( BaTiO3 )颗粒共同构筑多孔复合膜。输出通过复合膜的表面电位及其驱动时复合膜的压电性能产生。正负摩擦电层为铝和多孔PDMS- BaTiO3复合薄膜。当负载电阻为100 M Ω时，PDMS-TiO3 ( 10 wt % )多孔复合膜基器件[ P-DMHG4 ]具有最高的电输出280   V和5.6 µ A，瞬时面积功率密度为0.040   mW / cm2。P-DMHG装置能够充电一个电容，有效地驱动了低功耗电子器件，并成功地演示了其作为自供电冲击传感器的作用。冲击传感器通过在自行车头盔上放置多个位置进行实时测试，并进行机械冲击检查。在较低的能量冲击水平下，器件表现出2.101   V / cm的良好灵敏度。试验证明，该装置可以成为传感器领域的潜在候选设备，可以很快将该装置用于医疗、工业和体育等领域的应用。

调节型摩擦电化因其在收获能量方面的潜在应用以及在抗静电保护方面的重要性而引起了相当大的研究关注。辐照由于辐照参数可调、均匀，是一种有效、稳定的改性方法。此外，原子氧( AO )辐照是低地球轨道的重要组成部分，是促进外层空间摩擦电纳米发电机( TENGs )发展的重要因素。AO辐照用于操纵表面结构和化学成分，调节电性能。AO辐照可以增加聚二甲基硅氧烷( PDMS )薄膜的给电子基团，提高其电正性，这是由于Si-C键向Si-O键转变所致。因此，聚四氟乙烯( PTFE )和聚苯乙烯( PS )的不同趋势是由它们与辐照PDMS的TENG组成所致。通过调节辐照时间至4.1 h，PS和PDMS基TENGs的跨极性和电荷产生被完全抑制。PTFE-和PDMS基TENGs中PDMS薄膜经AO辐照6 h后，短路电流从5μA增强到22μA，输出电压从160 ~ 760 V。本研究表明，AO辐照可以操纵硅基材料的摩擦电特性，这些特性是捕获能量和防止外层空间静电危害的潜在组分。

一种低功耗、自供电的可穿戴式个人热管理( PTM )设备可以最大限度地降低我们对外部电源的可靠性。这里，我们描述了一种自供电的PTM器件的制作，该器件提供了可以无线加热的热疗，具有保暖和通过摩擦电效应产生的热量。最初，在机织Kevlar纤维( WKF )表面均匀合成了铁磁性多孔海绵状FexCo1 - xP纳米结构，将合成的MXene分散在聚二甲基硅氧烷( PDMS )中，与WKF / FexCo1 - xP复合制备，MXene和FexCo1 - xP的共同作用导致了非常有效的焦耳加热( 3   V下的74℃)，复合材料的铁磁行为诱导了无线加热。MXene的引入形成了致密的相互关联的多孔结构，通过反射几乎所有的红外辐射( 97.7 % )回到体内，维持了人体的温暖性(相对于裸WKF / PDMS提高了40.1 % )。与WKF / PDMS相比，该复合材料还具有较高的抗冲击性能( 131.4 % )，可用作智能体装甲。此外，PTM器件在5   Hz的低冲击频率下，最大功率密度为1.3   mW   cm-2，能够从人体运动和风中获取能量，表明PTM复合材料具有潜在的自加热能力。

本研究采用阳离子( 11 -巯基十一烷基) -N，N，N-三甲基溴化铵( MUTAB )自组装单层膜( SAM )作为高功函数( WF ) Ag电极表面修饰层，以提高摩擦电纳米发电机( TENG )的性能和稳定性。MUTAB的硫醇头基可与Ag表面形成共价键，而带正电荷的铵基可诱导良好的表面偶极矩降低Ag层的WF，使Ag电极向聚二甲基硅氧烷( PDMS )介质层的电荷转移。该策略与基于溶液处理的Ag纳米颗粒层的大面积柔性TENG高度兼容，其开路电压( Voc )为1008 V，短路电流( Isc )为124.9 µ A，功率密度为39.4 W m-2。利用柔性TENG的高输出特性，可以实现328个发光二极管的瞬时点亮。更令人鼓舞的是，由此产生的TENG也具有良好的稳定性，经过30万次的连续测试，保持了原来Voc的约96 %。本研究结果突出了SAM表面改性对高效、长期稳定的TENG的重要性，可促进智能自发电系统的发展。