DOI:10.1007/s40684-020-00246-y
近年來，摩擦納米發電機（TENG）已被證明是一種有效且簡單的自供電可穿戴傳感設備，目前已將多種材料和方法用于制備TENG基傳感器。在這項研究中，通過對生物相容性電紡纖維氈進行冷壓，獲得了具有納米孔腦樣結構（BUF）的超薄纖維膜，在此基礎上研制出一種基于BUF膜的可穿戴TENG傳感器，該傳感器可靈敏地檢測人體運動。這種簡單設計的自供電傳感器由Kapton作為外殼，具有生物相容性的超薄聚L-乳酸和乙基纖維素（EC）纖維膜作為摩擦電層，通過簡便的靜電紡絲和冷壓法制備而成。與初紡纖維墊相比，冷壓纖維膜不僅結構緊湊，而且保持了多孔的表面形態，從而改善了TENG的摩擦電輸出和操作穩定性。為了評估不同摩擦電層對摩擦電輸出的影響，制備了三種TENG，其中BUF-TENG的摩擦電輸出最大（3.5 Hz下為19 V，630 nA），使用壽命比TENG基初紡纖維氈要長。BUF-TENG的摩擦電輸出和頻率之間具有線性關系，在0.1-0.35、0.35-2和2-3.5 Hz范圍內的靈敏度分別為32.4、0.94和0.22 V Hz-1。此外，還提出了一種基于BUF-TENG的自供電傳感器，能夠靈敏檢測人行走狀態和四肢運動。由于制備簡單和材料的生物相容性，BUF-TENG傳感器有望成為未來醫療保健和監測領域中的一種自供電便攜式傳感器。
圖1.a）通過靜電紡絲制備BUF-TENG的工藝流程示意圖，b）TENG的結構示意圖。
圖2.SEM圖像顯示了a）初紡PLLA纖維（放大的插圖顯示了PLLA纖維表面上的納米孔），b）冷壓PLLA纖維膜的表面結構（右邊放大的插圖顯示了彎曲和粘附的纖維，左圖為大腦皮層的溝狀結構），c）初紡PLLA纖維墊和d）冷壓PLLA纖維膜的橫截面形態。
圖3.SEM圖像顯示了a）初紡EC纖維（放大的插圖顯示了EC纖維表面上細長的孔和皺紋），b）冷壓EC纖維的表面結構（放大的插圖顯示了在壓制EC纖維表面上的淺凹點），c）初紡EC纖維氈和d）冷壓EC纖維膜的橫截面形態。
圖4.a）初紡PLLA纖維氈、b）壓制PLLA纖維氈、c）初紡EC纖維氈和d）壓制EC纖維薄膜的AFM表面輪廓。
圖5.冷壓前后a）PLLA纖維和b）EC纖維的傅里葉變換紅外吸收光譜。
圖6.BUF-TENG的工作原理。
圖7.基于不同靜電紡絲距離制備的初紡纖維氈的TENG摩擦電輸出，以及在不同距離下紡制的PLLA和EC纖維氈的插圖。
圖8.在不同頻率下，基于a，b）壓制纖維膜，c，d）初紡纖維墊以及e，f）溶液澆鑄膜作為摩擦電層的TENG的開路電壓和短路電流。
圖9.a）負載電阻下基于初紡纖維氈和壓制纖維氈的TENG的電壓和功率。b）初紡纖維氈和壓制纖維氈基TENGs的各種電容器充電曲線。
圖10.a）BUF和初紡纖維氈基TENG的使用壽命周期（插圖顯示了運行后的初紡摩擦電層和集成壓制摩擦電層之間的粘附力）和b）BUF-TENG在0-5 Hz下的摩擦電Voc曲線。
圖11.自供電BUF-TENG傳感器在a）0/2、b）2/0、c）1/3和d）3/1模式下的摩擦電Voc和Isc曲線。
圖12.a）通過手臂伸展和彎曲產生的BUF-TENG傳感器的摩擦電Voc信號。b）人體行走和站立產生的BUF-TENG傳感器的摩擦電Voc信號。
