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蘇州大學徐嵐教授 ACS SCE:制備了混合結構的納米纖維膜用于可穿戴摩擦電納米發電機
2023-09-16  來源:高分子科技


  為了克服傳統電池在可穿戴電子產品上的應用限制,自供電可穿戴電子產品正在高速地發展。靜電紡納米纖維基的摩擦電納米發電機(TENGs)在可穿戴電子產品中具有廣闊的應用前景而備受關注,其能夠提高鐵電聚合物的β相含量、優化摩擦層中的電荷分布,使其表現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然過程中會產生分層的現象,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品中的應用。


  本文使用改進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)納米纖維混合結構的納米纖維膜(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性和疏水性,有很大潛力用于制備耐用的可穿戴電子設備。制造的TENG不僅可將不同人體運動產生的機械能轉換為電能,為各種電容器充電為小型電子設備供電,還可以用于檢測人體的運動。 


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、顏色以及機械穩定性能 


圖3 TCP HNMs的摩擦電性能 


圖4 TENG的應用


  以上研究成果以“Hybrid-Structured Electrospun Nanofiber Membranes as Triboelectric Nanogenerators for Self-Powered Wearable Electronics”為題發表在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上,論文的第一作者為蘇州大學紡織與服裝工程學院博士研究生尹靜,通訊作者為徐嵐教授。新加坡國立大學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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