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[转帖]ACS Nano：富氧聚合物作为高效电正性摩擦材料用于机械能收集（2019-10-28 17:19:44）

标签：能源环境 静电纺丝  

当前，随着能源危机的加剧和能源需求的增长，开发替代能源和可持续能源已成为当务之急。大自然提供了丰富的机械能，而这些机械能常常被忽视。王中林院士团队设计的摩擦纳米发电机（TENGs）可以有效地将这些浪费的机械能转化为有用的电能和微电子的动力。然而，TENGs的输出性能在很大程度上取决于所使用的摩擦材料。对于一个高效的TENGs来说，两个具有相反电极性的摩擦材料，是至关重要的。

PCL适用于静电纺丝，可纺性高，更重要的是，静电纺丝技术因其比表面积高、柔韧性好、孔隙率可调、成分可控等优点引起了人们越来越多的关注。纳米纤维较高的比表面积使表面有更多的摩擦电荷，可控的成分提供了良好的可改性，为材料的进一步改性奠定了基础。而聚乙二醇甲醚(mPEG)含有许多末端甲氧基(CH3-O)和醚基(C-O-C)的O原子，同时，mPEG无毒，易溶于水和有机溶剂；因此，它可以很容易地与PCL结合。

近日，东华大学郭建生教授课题组使用纯PCL电纺纳米纤维膜作为电正性摩擦材料，结合聚四氟乙烯（ePTFE）为电负性摩擦材料，构建了高效率的TENG (PCL/ePTFE TENG)。PCL/ePTFE TENG依靠O原子供体提供的供电子能力，产生了非常高的输出信号。与PA6/ePTFE TENG相比，PCL/ePTFE TENG的输出性能显著提高了约28%。聚氯乙二胺(PCL-mPEG)具有更多的O原子和更强的供电基团，通过使用mPEG对PCL电纺纳米纤维膜进行改性，进一步提高了PCL电纺纳米纤维膜的正电子亲和力。随着mPEG含量的增加，基于PCL-mPEG和ePTFE的TENG(PCL-mPEG/ePTFE TENG)的输出电信号也随之增加。经过mPEG改性后，最高功率密度为115.83 W·m²，提高了40%。此外，使用了更多不同含氧量的材料，并进行了比较，以确定一些富氧聚合物具有良好的供电子能力，并可作为高效的电正性摩擦材料。此外，研究者将制备的PCL-mPEG/ePTFE TENG用于电容器充电、不同数量手指按压的信号、发光二极管、驱动温湿度计正常工作，显示出了巨大的应用潜力。因此，PCL和mPEG中的O原子被认为是电子供体，在提高TENGs的电输出方面起着至关重要的作用，从而为电正性摩擦材料提供了更多的选择。相关研究成果以“Oxygen-Rich Polymers as Highly Effective Positive Tribomaterials for Mechanical Energy Harvesting”为题目发表于期刊《ACS Nano》上。

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图1 静电纺丝原理图及PCL与PA6静电纺丝膜的对比。

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图2 TENGs结构示意图及工作原理。

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图3 PCL-mPEG/ePTFE TENG的稳定性、实际可行性和应用。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.9b04911

链接地址：http://www.espun.cn/news/detail-942.html

文章来源：易丝帮