重庆大学胡陈果教授AFM综述：实现摩擦纳米发电机的超耐用性和高输出性能

一、研究背景

随着物联网时代的飞速发展，各种微型化、分布式电子器件涌现于工、农业生产和日常生活的各个领域。化石燃料的短缺要求可再生清洁能源取代传统能源，以满足低功耗电子器件的需求。摩擦纳米发电机(TENG)是一种将高熵机械能转化为电能并驱动低功耗电子器件的新技术。TENG无论作为能量采集器件还是自供能传感系统，在物联网的发展中都显示出巨大的应用潜力。目前TENG的低输出功率和低耐久性，使其在实际应用中仍然面临相当大的挑战。为了提高其耐久性，研究人员做出了相当大的努力，使得TENG的耐久性得到了显著改善。但是，开发具有优异耐久性和高输出性能的TENG，同时保持简单的结构设计仍然比较困难。因此，迫切需要探索出新的策略实现超耐久和高输出的TENG，以加快其商业化进程。

二、内容简介

针对上述问题，重庆大学物理学院胡陈果教授科研团队首先简要描述了TENG的基本工作模式及其特点，并讨论了TENG在不同工作模式下的输出性能差异。其次，从材料优化和结构设计两方面对S-TENG耐久性改善进行了总结。然后讨论了提高低磨损S-TENG电性能输出的有效策略。最后，强调了S-TENG在耐久性方面的挑战和未来的研究重点，旨在为下一阶段的TENG发展提供有用的指导。该研究以“Achieving Ultra-durability and High Output Performance of Triboelectric Nanogenerators”为题发表在期刊《Advanced Functional Materials》上。

三、图文导读

图1. S-TENG耐久性和输出性能改进的策略概述。

图2.优化材料的固有特性以提高TENG的耐久性和输出性能。

图3.选择合适的材料以提高TENG的耐用性和输出性能。

图4.在油液润滑下利用电荷激励或结构设计来提高S-TENG的耐久性和输出性能。

图5.非接触结构设计和电荷激励策略以提高S-TENG的耐久性和输出性能。

图6.静摩擦接触设计以提高TENG耐久性和输出性能。

图7.将旋转运动模式转化为直线运动模式以TENG耐久性。

图8.混合结构设计以提高TENG耐久性和输出性能。

四、总结

综上述所，该工作首先总结了提高TENG耐久性的主要策略，即材料改性(物理/化学处理、结构改进、材料填充等)、材料选择(类金刚石材料、柔性材料、油液材料等)、器件结构设计(滚动/静摩擦结构、间歇接触结构、非接触结构、软接触结构以及混合结构等)。其次，讨论了有效改善高耐久TENG输出功率的方法和技术，包括材料表面改性、合适的液体选择、先进的结构设计、外电路电荷激励、多元介质激励等。最后，分析了高功率、超耐久TENG的潜在挑战和未来发展前景，旨在为下一阶段的TENG满足物联网时代自供电传感系统的需求提供有用的指导。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202308138

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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