一步静电纺丝法造备全纤维布局的摩擦电纳米发电机及其使用

江南大学魏取福ACS Appl. Mater. Interfaces：通过一步静电纺丝法制备全纤维布局的摩擦电纳米发电机，用于自供电可穿着传感器

DOI: 10.1021/acsami.1c03894

比年来，随着可穿着电子设置装备摆设的飞速进展，为了降服传统电源的范围性，自供电器件引起了人们极大的存眷。在此，研究者使用一种轻便、可扩展的一步静电纺丝制备技能构建了一种全纤维布局的摩擦电纳米发电机（TENG）。将乙基纤维素与聚酰胺6共静电纺丝作为摩擦电正极质料，创新性地将一种强负电性导电质料MXene片掺入聚偏氟乙烯纳米纤维中，作为摩擦电负极质料。组装的全纤维TENG具有优秀的耐用性和稳健性，以及杰出的输出性能，在100MΩ的负载电阻下到达了290mW/m2的峰值功率密度。更紧张的是，TENG可以或许网络能量为种种发光二极管（LED）供电，并作为自供电传感器监测人体活动，在可穿着电子器件中具有宽阔的应用远景。

图1.全纤维布局TENG的制备历程。

图2.（a）EC/PA6纳米纤维垫和（b）PVDF/MXene纳米纤维垫的SEM图像。（c）纯PVDF纳米纤维和（d）PVDF/MXene纳米纤维的TEM图像。（e）MXene（Ti3C2TX）片的AFM图像。插图表现了高度表面。（f）EC/PA6、MXene、PVDF和PVDF/MXene溶液以及（g）MXene浓度从0到12wt％递增的PVDF/MXene纳米纤维毡的数码照片。

图3.（a）电纺丝PA6、EC、EC/PA6和PVDF纳米纤维毡的FT-IR光谱。（b）MAX相（Ti3AlC2）、MXene（Ti3C2TX）、PVDF和PVDF/MXene垫的XRD图谱。（c）EC、PA6和EC/PA6纳米纤维毡的XRD图谱。（d）EC和PA6混淆比例差别的纳米纤维毡的拉伸应力-应变曲线。

图4.（a）TENG布局和（b-e）事情机制的表示图。（f）一个压缩和开释轮回中的典范输出电压。

图5.基于EC/PA6和PVDF纳米纤维毡的TENG的VOC（a）和ISC（b），此中EC和PA6的混淆比例差别。基于EC/PA6和MXene浓度差别的PVDF/MXene纳米纤维毡的TENG的VOC（c）和ISC（d）。具有差别MXene浓度的PVDF/MXene纳米纤维毡的XRD图谱（e）和TGA曲线（f）。

图6.随着（a，b）间隙间隔，（c，d）打击频率和（e，f）打仗面积的增添，全纤维TENG的VOC和ISC。

图7.（a）在一连打仗-分散历程（约14000个轮回）中，全纤维TENG的输出电压。（b）电压和电流信号以及（c）盘算得出的输出功率与差别负载电阻的函数干系。插图表现了等效电路。（d）表现TENG通过桥式整流器为商用电容器充电的等效电路图。（e）利用容量为33、100、220、330和470μF的种种商用电容器展示充电性能。（f）表现TENG点亮LEDs的等效电路图。（g）几个蓝色LEDs瞬时点亮。（h）通过从人体活动（比方手臂活动）中网络能量来直接点亮LEDs。

图8.全纤维TENG作为检测人体活动的自供电传感器。传感器检测（a）行走，（b）鼓掌和（c）手臂活动的电压输出。插图表现了相应人类活动的照片。（d）通过将TENGs应用于差别的身材部位来输出相应的电流。

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