DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105358
具有良好柔軟性和高比表面積的納米纖維是可穿戴式摩擦電納米發電機（TENG）的絕佳選擇，盡管其可變形性和耐用性在與日常紡織品/服裝無縫銜接方面仍然具有挑戰性。在本文中，研究者提出了一種物理互鎖策略，通過同時靜電紡絲聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）和電噴霧苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS），來實現自互鎖可拉伸、透氣和防水的納米纖維膜。電噴霧SEBS微球用作彈性粘合劑和疏水改性劑，可增強電紡PVDF-HFP纖維網絡的可拉伸性和防水性。利用由液態金屬（鎵銦錫顆粒）和銀薄片組成的可印刷電極，研制出一種具有高摩擦電輸出（85V，219.66 mW m-2）和電耐久性的可拉伸納米纖維基TENG（SNF-TENG）。能夠從人體運動和流水中收集能量，為200個商用LED和電子表供電。可拉伸納米纖維膜表現出良好的機械柔順性，可以輕松地銜接到可拉伸紡織品上以制備紡織品-TENG，其有望在電源、智能雨衣、自供電電子皮膚和觸覺交互界面等方面實現舒適的可穿戴應用。
圖1.基于TENG（SNF-TENG）的自互鎖可拉伸納米纖維的結構和性能。（a）SNF-TENG的制備過程示意圖。（i）電噴霧以組裝SEBS膜，（ii）在SEBS膜上絲網印刷可拉伸電極，（iii）在導電SEBS膜上同時沉積PVDF納米纖維和SEBS微球。電極圖案顯示了這種原位沉積和組裝技術在制備具有所需幾何形狀的SNF-TENG時的可行性。（b）設計的SNF-TENG的結構具有類似三明治的結構。（c）SNF-TENG的橫截面SEM圖像和表面形態。（d）基于PHS的SNF-TENG的循環拉伸性能。（e-g）展示SNF-TENG拉伸性、柔性、疏水性和可洗性的照片。
圖2.PHS膜的特性。（a）純PVDF-HFP和PHS（30％PVDF-HFP，70％SEBS）膜的拉伸應力-應變曲線。（b）PHS膜（30％PVDF-HFP，70％SEBS）的循環拉伸應力-應變曲線。（c）PHS膜的拉伸機制示意圖。橙色線代表PVDF-HFP納米纖維，淺綠色圓圈或橢圓形代表SEBS微球。（d）在（I）0％，（II）50％，（III）100％，（IV）150％和（V）200％應變下PHS膜（30％PVDF-HFP，70％SEBS）的照片和SEM圖像。（e）不同應變下PHS膜（30％PVDF-HFP，70％SEBS）的靜態水接觸角（WCA）。（f）PVDF-HFP、SEBS、PHS膜（30％PVDF-HFP，70％SEBS）和棉花的水蒸氣透過率。
圖3.SNF-TENG的彈性導體性能和摩擦電性能。（a）展示彈性導體的柔性。（b）印刷在SEBS基板上的彈性導體的電阻-應變曲線。（c）在150％拉伸應變下的2000次循環期間彈性導體的穩定電阻。（d）SNF-TENG的工作機制。（e）在不同拉伸應變狀態下SNF-TENG的輸出性能。（f）SNF-TENG在不同作用力下的輸出性能。（g）在不同的電阻負載條件下（P=I2R），SNF-TENG的電壓和瞬時峰值功率密度的關系。（h）SNF-TENG在連續測量下的輸出耐久性。
圖4.SNF-TENG在水驅動模式下的性能。（a）SNF-TENG的水能收集機制。（b-c）SNF-TENG在拉伸應變條件下用于收集水能的輸出性能。（d）SNF-TENG的輸出耐久性。（e）SNF-TENG在延長洗滌15小時前后的輸出性能。（f）在100％應變下，在水流下驅動40個LED陣列的SNF-TENG。（g）發電的智能雨衣。
圖5.SNF-TENG和紡織品-TENG作為電源或傳感器。（a）通過敲擊SNF-TENG驅動（4.5×4.5cm2）200個LED陣列。（b）SNF-TENG用作電子設備電源的電路圖。（c）SNF-TENG作為電源，可為33μF電容器充電，從而為電子表供電。（d）SNF-TENG的可拉伸性演示。（e）不同手指動作下SNF-TENG的特征輸出信號（1.5×4.5cm2）。（f）紡織品-TENG（1.5×4.5cm2）在0％和25％應變下的輸出性能。（g-h）展示了基于紡織品-TENG的觸覺交互界面，該界面能夠映射不同的觸摸事件。
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