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西工大黃維院士、于海東教授團隊和寧波大學石川千助理研究員《Nano Energy》:基于葉片表面微觀結構的魚明膠基摩擦納米發電機
2023-01-31  來源:高分子科技

  摩擦納米發電機(TENGs具有體積小、便攜和可以將機械能轉化為電能輸出的特點,可以廣泛應用到能量收集和自供能傳感方面。摩擦表面的結構設計可以有效地提高TENG的輸出性能。然而,目前表面結構的制備策略通常繁瑣、昂貴且對生態環境不友好。因此迫切需要探索和開發一種低成本、高性能、工藝簡便和環境友好的TENG


  近,西北工業大學柔性電子研究院黃維院士和于海東教授團隊與寧波大學的石川千助理研究員合作開發了一種基于天然葉片表面微觀結構的魚明膠TENGLMFG-TENG),這種器件具有低成本、高性能和可降解的優勢。來源于魚類廢棄鱗片的魚明膠(FG)含有豐富的供電子基團、是一種理想的摩擦材料、還具有完全的生物降解性受自然界中不同植物葉片結構的啟發,在項研究工作選取不同微觀結構的幾種常見植物的葉,將一對摩擦表面結構適當改性,提高TENG發電性能。利用LMFG-TENG出色的輸出性能,實現了優良的能量收集和自供能傳感的應用。這項作以“Leaf Surface-Microstructure Inspired Fabrication of Fish Gelatin-Based Triboelectric Nanogenerator”為題發表在《Nano Energy》上。 


1 受葉片微結構啟發的魚明膠基摩擦電納米發電機(LMFG-TENG)結構設計的圖示。


  在這項工作中選取了四種典型的葉面圖案作為模型,制備了具有類金字塔狀、槽狀、波紋狀以及塊狀的表面微結構的仿生LMFG-TENG,如圖2所示。以魚明膠薄膜作為正極摩擦材料具有優異的可降解性能和可重復利用的特性。其中,仿生荷葉表面類金字塔狀表面微結構的LMFG-TENG與其他植物葉面的微結構相比具有最高的發電性能。通過對仿生荷葉材料的尺寸、厚度以及相關工作參數的優化,LMFG-TENG的最大開路電壓和短路電流可達到~320 V~0.8 μA,分別是無結構化FG-TENG5.8倍和3.8倍。揭示了不同植物葉面的仿生微結構對TENG性能的巨大影響。 


魚明膠(FG)薄膜結構表征的圖示。


  采用LMFG-TENG作為供能器件和自供電傳感器,可以用于商用電子產品的供電和人體活動的監測,如圖3所示。還可以應用于身體活動、姿態變化和聲帶振動的自供能感知方面。 


3 LMFG-TENG作為自供能傳感和供能器件的應用圖示。


  這項工作可以在醫療保健和人機交互等許多方面得到廣泛應用,有利于社會活動的綠色可持續發展。


  文章作者:Xuewen Shi(石學文),Yuewen Wei(魏悅文),Ren Yan(顏稔),Lixuan Hu(胡黎璇),Jiacai Zhi(支嘉才),Biao Tang(唐彪),Yijia Li(李怡佳),Zhuoqi Yao(姚卓奇),通訊作者:Chuanqian Shi(石川千)*,Hai-Dong Yu(于海東)*,Wei Huang(黃維)*。

  論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285523000678

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