Nano Energy：天然蚕丝复合材料用于智能应用的多功能、坚固耐用的摩擦电纳米发电机

Nanoyu

2021-01-25

在将摩擦电纳米发电机（TENG）用于商业/实时应用时，开发可最大化摩擦电层间的表面电荷密度，同时保护其不受湿度影响的策略至关重要。

近日，韩国庆熙大学Jae Su Yu，英国萨里大学S. Ravi P. Silva首次提出了一种结晶丝微粒（SMPs）策略，以提高聚乙酸乙烯酯等材料的表面电荷密度，实现其在TENG器件中的适用性。此外，这些SMPs是从废弃的桑蚕茧中通过简单、廉价和一步碱性水解处理而提取得到。

文章要点

1）研究人员首先将蚕茧切成小块，然后进一步脱胶到沸水中以除去丝纤维上的丝胶，接着在环境条件下干燥。通过将干燥的脱胶丝纤维浸入氢氧化钠（NaOH）溶液中，通过碱解处理获得结晶SMPs。将提取的不同重量百分比（wt％）的SMP添加到PVA溶液中并剧烈混合，以形成均匀的分散溶液。随后，将加载了SMP的PVA复合混合物转移到模具上并进一步固化，以形成柔性复合膜。然后，使用电子束蒸发器将非常薄的金层涂覆在所得的装有SMP的PVA复合膜（CSPCF）的一侧。这种镀金的CSPCF被用作开发袋状的TENG装置的一种成分，而CSPCF和Au薄膜则用作正摩擦材料和TENG的对电极。此外，TENG的对电极是通过简单地将从废PTFE塑料杯中提取的PTFE膜粘贴到铝箔上而制成的，而PTFE用作摩擦带负电材料，而Al用作TENG的另一对电极。最后，底部和顶部组件被组合成TENG器件。这种从回收材料中开发的TENG，不仅加工成本不仅低，而且环保。

2）研究人员研究了TENG性能与SMPs浓度之间的关系，并与复合材料的功函数和表面势进行了比较，并采用与距离有关的电场理论模型对其性能进行了优化。实验结果显示，优化后的TENG的最大输出电压、电流、电荷和功率密度分别为280 V、17.3 μA、32.5 nC和14.4 W m^-2，是一种极具竞争力的能量收集器，可以满足可穿戴器件和移动应用的苛刻需求。此外，完全封装的硅橡胶器件可以防止潮湿，使这种器件具有柔软、舒适和皮肤友好的界面，以满足实际应用。

参考文献

Bhaskar Dudem, et al, Natural silk-composite enabled versatile robust triboelectric nanogenerators for smart applications, Nano

Energy, (2020)

DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.105819

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105819