摩擦纳米发电机

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、负摩擦层分别为铝和多孔PDMS - BaTiO3复合膜。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。

由PANI (聚苯胺)和PDMS (聚二甲基硅氧烷)研制了肌酐纳米传感器，其机理归结为摩擦电纳米发生器( TENG )与肌酐酶促反应的耦合作用。酶改性后，PANI和PDMS输出的摩擦电携带了环境肌酐浓度的信息，这是由于酶促反应中PANI电导率的变化引起的。纳米传感器在室温下表现出很高的灵敏度。当肌酐浓度为10 - 3 mol / L时，响应达到51.42 %，同时与NaCl、葡萄糖、尿素相比，其对肌酐具有良好的选择性。纳米传感器还支持弯曲角度测量的大灵活性( 10° ~ 40° )，从而潜在允许可穿戴传感应用中的肌酐检测。实验结果表明，柔性纳米传感器能够提供连续、无创的肌酐检测，为电子皮肤和自供电的医疗系统铺平了道路。

自愈式摩擦电纳米发电机( SH-TENGs )具有自愈速度快、输出性能高、穿着舒适等优点，在可穿戴电子设备中有着广泛而广阔的应用前景。本工作提出了一种高性能水凝胶基SH-TENG，该SH-TENG由高介电摩擦电层( HDTL )、自修复水凝胶电极层( SHEL )和物理交联层( PCLL )组成。与纯PDMS相比，添加0.01 wt . % CNTs的PDMS的短路转移电荷( 44 nC )和开路电压( 132 V )提高了一倍。在聚乙烯醇( PVA )中加入甘油、聚多巴胺颗粒( PDAP )和石墨烯，制备自愈水凝胶电极层。SHEL在暴露于空气中1 min就能在体力上自愈。自愈效率达到98 %。PCLL由聚甲基氢硅氧烷( PMHS )和PDMS组成。它在亲水凝胶和疏水PDMS层之间形成良好的物理键。SH-TENG的电输出性能在1min内可达到未损伤的94 %。SH-TENG ( 6 × 6 cm2 )具有良好的稳定性和优异的电学性能，可同时供电37个LED。

流体管道含有多种形式的能量，可以充分利用这些能量来实现管道的自供电检测。将一些危及管道运行的负能量，如破坏性水锤振动能量转化为电能，是一种较好的策略。报道了一种Ag互连增强的自恢复摩擦电纳米发电机，该发电机以具有自恢复聚二甲基硅氧烷( PDMS )结构的双电极能量收集器为基底，铜导电织物为电极。在PDMS衬底上添加Ag互连线，以提高电荷转移效率。该装置能够有效地将管道中流体的水害能量转化为电能。在12 L min - 1的水流量下，器件的输出电压和电流峰值分别达到3.9 V和0.38 µ A。0.2 s内转移的电荷量为24 nC。此外，单个器件可以形成能量收集阵列，以满足不同环境和性能的要求。这种自恢复摩擦电纳米发电机为从流体管道中获取能量以保护流体管道提供了新的策略和设计。

寻找一种新的、可持续的、可扩展的方法来制造高性能、耐用的摩擦电纳米发电机( TENGs )是一个正在进行的追求。本研究采用表面约束超临界二氧化碳( scCO2 )发泡法制备无皮多孔热塑性聚氨酯( TPU )薄膜，作为一种新型的摩擦摩擦材料。无皮多孔结构使输出电压和电流分别提高了340 %和460 %。当凹形结构多孔TPU薄膜与凸形结构聚二甲基硅氧烷( PDMS )薄膜通过构建互补接触状态配对时，性能进一步增强40 %以上。优化后的TENG输出电压为260   V，电流为46  μA，在3.3  × 10 6Ω外负载上获得了4.6   W / m2的高功率密度，能够点亮LED、充电电容和功率小电子。TPU和PDMS的高超柔韧性和健壮性使TENG具有优异的稳定性和耐久性，并能作为一种多功能的自供电传感器，能够检测冲击力、各种变形和监测人类行走行为。该工作为制备高性能TENGs摩擦电多孔膜提供了一种高效、可扩展的绿色方法，并为合理设计形状互补的摩擦层以提高能量输出提供了思路。

可穿戴电子技术的快速发展对供电设备提出了挑战。本文报道了一种可同时实现人体运动感知和生物力学能量采集的柔性单电极摩擦电纳米发电机( SE-TENG )。SE-TENG是由聚二甲基硅氧烷( PDMS )弹性体内互穿Ag包复聚对苯二甲酸乙二醇酯( PET )纳米纤维制备的。Ag涂层和PDMS分别作为SE-TENG的电极和介质材料。镀银PET纳米纤维增大了电极表面积，有利于提高传感灵敏度。柔性SE-TENG传感器具有输出开路电压高达50   V、短路电流高达200 nA的交变电信号的能力，响应外施压力。它用于感知人体各种类型的运动，从人体运动中收获电能。收获的能量可以成功地为可穿戴电子供电，如电子表和发光二极管。因此，制备的具有压力响应和自供电能力的SE-TENG传感器在可穿戴式传感器或柔性电子领域为个人医疗和人机界面提供了潜在的应用。\n在聚二甲基硅氧烷弹性体内互穿Ag包复纳米纤维，制备了柔性单电极摩擦电纳米发电机( SE-TENG )。SE-TENG表现出采集生物力学能量和产生电能的能力，使传感器能够感知人体运动或作为可穿戴电源。收集到的能量可以储存在商业电容器中，为LED和电子手表供电。

我们考察了结构不对称对提高聚酯/氨纶共混三维间隔织物摩擦电纳米发电机( TENGs )输出电压的重要性。通过对三维间隔织物、聚二甲基硅氧烷( PDMS )薄膜和不同叠层结构的电极进行叠层，制备了不同类型的TENGs。结构不对称度较高的三维间隔织物TENGs的输出电压高于结构不对称度较低的间隔织物TENGs。特别是PDMS /织物/织物结构的TENG在所有类型中表现出最高的峰峰输出电压。TENG输出电压的显著提高是由于器件结构的高度不对称性和摩擦电荷的有效密度相对较高所致。

利用窄禁带( ~ 1.8   eV )半导体的宽吸收特性，我们报道了基于铋碘化物( BiOI )的光增强摩擦电纳米发电机( TENG )。在透明导电氟掺杂氧化铟锡( FTO )衬底上，摩擦正BiOI的恒电位沉积为同时利用光增强电荷产生和摩擦电效应提供了途径。将BiOI / PDMS TENGs应用于摩擦负极聚二甲基硅氧烷( PDMS )薄膜，在光照条件下，BiOI / PDMS TENGs的输出电压提高了21 %，电荷密度提高了38 % (短路电流密度提高了26 % )，总功率密度提高了74 % (从0.25   Wm-2 (黑暗)到0.44   Wm-2 (光照) )。相应地，开尔文探针力显微镜( KPFM )观察到照明BiOI的平均表面电位(从~ 25   mV到~ 300   mV )急剧增强，称之为表面光电压( SPV )，对于孤立接地的BiOI / FTO电极，这种增强的SPV呈缓慢下降( ~ 3.5   h )，归因于BiOI的高介电常数、深表面态和陷阱的存在以及与周围环境的电荷交换缓慢。因此，这项工作不仅为通过光吸收提高TENG的机电效率提供了途径，而且还可用于电磁辐射和光电探测器的自供电检测。