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北京交通大学李修函西宾：基于尼龙/壳聚糖的回字形摩擦电纳米发电机用于全地方低频能量集中

跟着可衣服电子建立被东说念主们平凡的使用于浮浅活命中以及东说念主们关于环境保护的执续情态，何如可执续、绿色的向可衣服电子建立进行供电这一问题亟待治理。传统电板在续航智商、环境友好智商方面存在着不及之处，制备褂讪、高性能、可执续的自供电集中系统是现在询查的热门。

近日，北京交通大学李修函西宾团队在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上，发表了最新询查遵守：Square-Structured Nylon/Chitosan Oligosaccharide-Based Triboelectric Nanogenerator for Omnidirectional Low-Frequency Energy Harvesting。询查者通过静电纺丝本领设备了一种基于尼龙(Nylon) 中掺杂壳寡糖(COS)的柔性、轻量化和节能薄膜并以此构建摩擦电纳米发电机(NC-TENG)。由于壳寡糖中富含大批氨基，优化后的NC-TENG的功率密度为4.6 W m−2，与连年来弃取可执续材料制备的摩擦纳米发电机的功率密度比较，有4-360倍的提高，推崇出优异的摩擦电性能。

图1. SS-TENG的结构设想和责任旨趣

图2. NCEM的制造和表征

通过静电纺丝工艺制备的尼龙/壳寡糖复合纳米纤维薄膜的具体进程如图2a所示。SEM名义态状表征如图2b所示，不同掺杂浓度下的NCEM薄膜推崇出显着的多孔结构，纤维之间交错散布且莫得出现串珠或纤维断裂等情况。相通的，通过FTIR、XRD以及XPS等表针本领分析不错知说念在复合纳米纤维中见效引入壳寡糖，同期尼龙的各项野心未出现显着变化诠释了二者的充分联结。在此询查基础上，将其与负摩擦材料FEP共同构建成NC-TENG。

图3. NC-TENG与NCEM的电输出特点

壳寡糖源自壳聚糖的水解，具有低分子量、优良的水溶性和高生物活性等优点，被视为一种绿色环保材料。同期，其分子中富含大批的氨基，算作一种优秀的给电子极性基团，是一种特地有后劲的正摩擦材料。由电纺丝工艺制备的尼龙/COS电纺纳米纤维具有更好的名义毛糙度和更高的比名义积，从而有助于增强其摩擦电特点。含9 wt % COS的复合纳米纤维薄膜的VOC、ISC和QSC分歧提高了4.2倍、6.4倍和9.7倍，截止明晰地标明了尼龙/COS复合纳米纤维的优厚摩擦电输出性能，此外，在资格3.5 h的类似压力测试后仍是保执着高输出，诠释其超卓的机械褂讪性以及在可变环境和永劫分能量集中过程中的适用性。终末，为了更好的集中东说念主体在通顺过程中产生的机械能，弃取了回字形的结构算作复古，完毕了全标的的东说念主体机械能量集中。通过执续的踏步通顺见效点亮温湿度计，诠释了其优异的能量集中性能和环境应变褂讪性。

图4. 由NC-TENG单位组成的SS-TENG的电输出特点

图5. SS-TENG的能量集中应用

通过静电纺丝本领制备了尼龙/壳寡糖复合纳米纤维薄膜。通过整合软件建模、材料表征活动以及对摩擦电输出性能的评估，细目了含有9 wt % COS的NCEM推崇出最好的正摩擦电性能。基于摩擦电性能测试证明，NCEM的输出特点显贵高于买卖尼龙薄膜，从而考证了COS的加入增强了基于尼龙的纳米纤维的摩擦电性能。与纯买卖尼龙薄膜比较，所制备的NCEM的开路电压、短路电流和迤逦电荷分歧增多了4.2倍、6.4倍和9.7倍。此外，由于其在组合材料中优厚的输出智商，NC-TENG的功率密度达到4.6 W/m²，较连年来用其他糖类制备的TENG普及了4到360倍。应用NCEM出色的摩擦电输出智商，设想了一种配备整流电路的SS-TENG，或者有用集中由浮浅东说念主体通安产生的全向低频（<2 Hz）振动能量，并将生物机械能退换为电能，合计袖珍电子建立供电。将可执续材料算作TENG的主要组成部分提供了一种设备翻新和环保自供电建立的有用阶梯，响应了往常询查的贫穷标的。这些材料的可执续和环保特点成为电板替代和清洁动力应用执行的贫穷准则，为自供电可衣服电子建立的进展提供了新的主见，并在往常生物机械能集中、可衣服建立供电和无线传感本领等畛域展现出简洁的应用远景。

论文勾通：https://doi.org/10.1021/acsami.5c11941

东说念主物简介：

李修函，北京交通大学西宾，博士生导师。于2006年取得北京大学微电子学和固体电子学博士学位。主要询查标的为微纳米器件与能量集中、植入式生物医学微器件杰出是无线能量传输系统。主执和参与多项科技部、国度当然科学基金情势。李西宾发表了30多篇同业评论说文（Advanced Materials、ACS Nano、Nano Energy等），授权发明专利6项。

苏嘉昱，北京交通大学博士询查生，博士生导师为李修函西宾。现在主要询查标的为自供电能量集中、柔性可衣服电子建立的询查。

郝逸君，北京交通大学博士询查生，博士生导师为李修函西宾。于2024年入选首届后生东说念主才托举工程博士生专项计算。主要询查标的为自供电物联网系统。

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