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  根據聯合國糧食和農業組織報告，全球生產糧食的三分之一（每年13億噸）會在食品供應鏈上丟失或浪費。其中一個主要原因是食物在運輸途中變質。對食品行業來說，確保在長途運輸過程中供應安全和高品質的食品是一個至關重要的問題。易腐食品應在整個供應鏈上保持冷藏或冷凍狀態。比如，在肉類食品腐敗過程中，病原菌和腐敗微生物生長迅速，包括大腸桿菌、沙門氏菌等。而且，與已經完全變質的食品相比，處于變質過程中的食品質量很難直觀地檢測出來。因此，對運輸過程中的食品安全質量進行及時、準確的評估具有十分重要的意義。雖然目前用于檢測變質食物的傳感器可以提供非常有效的結果，但它們需要外部有線電源和昂貴而復雜的儀器。因此，有必要開發一種高效、方便的自供電傳感器來實時檢測冷鏈中的食品質量。

  近日，廣西大學輕工與食品工程學院聶雙喜教授團隊巧妙地利用木頭的天然多孔結構，使用簡單的化學處理去除部分木質素和半纖維素，并在木頭內部負載碳納米管，獲得了力學性能優異且具有氨氣敏感特性的導電木基材料。再將其作為介電材料與電極材料結合制備成電源和氨氣傳感器一體化的木基摩擦納米發電機（TENG），并結合無線電路模塊，設計了一種基于TENG的自供電無線氣體傳感器系統（TWGSS），成功實現了冷鏈運輸過程中實時無線食品質量評估。TWGSS 可實時監控食品變質關鍵氣體（如氨氣），并在高濕度（75%）和低溫（-18 °C）下保持出色的穩定性。此性能得益于木材的三維多孔結構和復合材料的氨氣敏感特性。木基TENG對氨氣表現出優異的靈敏性，輸出電壓隨著氨氣濃度升高而降低。此外，木基TENG 在 500 ppm 氨氣濃度下表現出 0.85敏感響應值，遠高于腐敗食品中其他相同濃度下氣體的響應值。最后，該研究展示了其在豬肉和魚肉食品質量評估中的實際應用效果。相關工作以“Integration of a porous wood-based triboelectric nanogenerator and gas sensor for real-time wireless food-quality assessment”為題發表在國際著名能源期刊《Nano Energy》上（2021, DOI: //doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105833）。

圖1 摩擦納米發電機基自供電無線氣體傳感系統原理示意圖

圖2 木頭材料的結構表征以及力學性能

圖3 木基摩擦納米發電機的原理示意圖以及不同條件下的穩定性研究

  首先，對木基TENG測試了20000個周期的接觸分離，測試過程中電壓穩定性好。由于冷鏈中食品的溫度和濕度都在一個特定的范圍內，包括冷凍和冷藏。因此，在使用TENG評價冷鏈中食品質量時，TENG在不同溫度和濕度下的穩定性是一個關鍵因素，在75%濕度或-18℃條件下，電壓值變化差異不明顯，這也表明此TENG在冷鏈環境的溫度和濕度范圍內適用。

圖4 木基摩擦納米發電機作為氨氣傳感器監測氨氣濃度

  由于氨氣是冷鏈運輸中易腐敗食品釋放的主要氣體，因此在變質過程中監測氨氣的濃度水平可用作此類食品的新鮮度指標。研究氨氣濃度與食品質量的相關性，對食品的實時監測具有重要意義。為了評估木基TENG在冷鏈運輸過程中實際食品質量評估的潛力，對其進行了不同氨氣濃度的靈敏性測試。結果表明，隨著氨氣濃度的增加，TENG電壓值呈現降低趨勢；在300ppm氨氣環境下，TENG對氨氣時實響應時間為9s, 恢復時間為11s; 同時TENG也展現出對氨氣獨特的敏感特性。

圖5 摩擦納米發電機基自供電無線氣體傳感器系統實時無線監測食品質量

  最后，作者使用TWGSS對豬肉食品進行質量評估，探索了其在監測食品質量領域的應用。TWGSS由TENG、微控制器單元（MCU）、無線發射器和無線接收器組成。MCU 控制無線發射器以發送控制命令，無線接收器將接收該命令以幫助另一個 MCU 控制顯示器。結果表明，TWGSS系統可以將食物的腐敗程度以氨氣濃度數值進行顯示；如，當豬肉（500克）在35°C儲存48h，氨濃度達到578 ppm；在4°C條件下放置24h, 食物新鮮無氨氣釋放，系統顯示0 ppm。

  論文的第一作者為廣西大學輕工與食品工程學院2020級博士研究生蔡晨晨，通訊作者為廣西大學輕工與食品工程學院聶雙喜教授，惠州光都智能科技有限公司吳正陽工程師提供了部分傳感技術支持。研究工作得到了國家自然科學基金面上項目、廣西自然科學基金重點項目的資助。

  論文信息：Chenchen Cai, Jilong Mo, Yanxu Lu, Ni Zhang Zhengyang Wu, Shuangfei Wang and Shuangxi Nie*, Integration of a porous wood-based triboelectric nanogenerator and gas sensor for real-time wireless food-quality assessment. Nano Energy, 2021, DOI: //doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105833

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521000914

聶雙喜教授課題組博士后招聘及博士、碩士研究生招生信息

一、課題組信息

  廣西大學聶雙喜教授致力于木質纖維利用基礎研究，在木質纖維清潔分離與高值化利用方面取得了一系列進展，為木質纖維利用基礎研究成果走向應用提供了科學支撐。主持在研國家自然科學基金面上項目和地區基金、廣西自然科學基金重點項目。以第一或通訊作者在Advanced Functional Materials、Nano Energy、Chemical Engineering Journal等SCI期刊上發表JCR一區TOP論文30篇，累計入選ESI熱點論文1篇、ESI高被引論文10篇。長期擔任Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Nano Energy、Chemical Engineering Journal、Nanoscale等知名期刊審稿人。共獲授權發明專利22件，其中6項技術已產業化，轉讓到校總經費387.34萬元。曾獲得國家技術發明獎二等獎、教育部技術發明獎一等獎、教育部-霍英東青年教師獎、廣西青年科技獎、廣西創新爭先獎。

二、研究方向

1. 木質纖維材料接觸起電機制

2. 木質纖維基先進功能材料

3. 木質纖維基自供電器件

三、長期崗位招聘與招生信息

1. 崗位：博士后；招聘名額：不限；工作內容：專職從事木質纖維利用基礎研究，聘期為2年。

2. 崗位：博士研究生；名額：1-2位/年。

3. 崗位：碩士研究生；名額：3-4位/年，其中學位碩士1-2位，專業碩士1-2位。

四、博士后應聘條件

1. 已經獲得輕工、化工、化學、材料等相關專業博士學位（3年以內），或即將獲得博士學位的應屆博士研究生；

2. 在相關或相近研究領域已取得一定的研究成果（至少第一作者發表2篇JCR一區SCI論文）

3. 遵紀守法，身心健康，具有良好的思想品德和團隊合作精神，具有較強的科學研究能力和較大的學術發展潛力,能夠獨立開展相關領域的前沿研究。

4. 全脫產博士后，年齡不超過35周歲人事檔案轉入本校。

五、薪酬福利待遇及科研資助

1. 學校自主招收的全脫產博士后年薪為稅前不低于21萬元，其中學校每年發放15萬元，合作導師每年發放不低于6萬元。

2. 按有關規定為全脫產博士后繳納社會保險或購買商業保險。

3. 為全脫產博士后提供24個月的學校公租住房，免租金。

4. 全脫產博士后的子女入學、入園與學校事業編制教職工子女入學、入園一樣享受學校優質的中小幼教育資源。

5. 學校為自主招收的全脫產博士后提供10萬元科研啟動經費。

六、申請流程

1. 個人申請。應聘者聯系合作導師，初步達成合作意向后，將應聘材料發送至擬進流動站郵箱。應聘材料主要包括：個人簡歷及證明身份、科研成果的佐證材料。

2. 進站考核。流動站審核后組織應聘者參加進站考核，考核通過后報學校審批。

3. 進站審批。校內審批手續辦理完畢后，由應聘者個人登錄“中國博士后”網站，注冊個人信息并按要求提交進站材料，學校系統審核后報全國博管委審批，通過后辦理進站手續。

4. 簽訂合同。博士后進站手續辦理完畢后，由校人力資源處與其簽訂博士后工作協議。

七、聯系人

聯系人：聶老師

郵箱地址：nieshuangxi@gxu.edu.cn

地址：廣西南寧市大學東路100號廣西大學輕工與食品工程學院304室