DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105549
隨著可穿戴電子設備的飛速發展，為其提供可持續電力供應的摩擦納米發電機（TENGs）能量采集裝置已成為人們研究的熱點。但是，可穿戴式TENGs的制備仍然面臨著巨大的挑戰，例如柔性、透氣性和耐洗性。本文報道了利用簡便、低成本、可擴展的靜電紡絲技術開發新型編織結構摩擦電納米發電機（WS-TENG）的具體方法。WS-TENG分別由包裹電紡聚酰胺66納米纖維和聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物納米纖維的商業不銹鋼絲制成。在獨立模式工作原則下，由多種摩擦材料觸發，WS-TENG的開路電壓、短路電流和最大瞬時功率密度分別達到166V、8.5μA和93 mW/m2。所制備的WS-TENG具有較高的柔性、理想的透氣性、良好的耐洗性以及出色的耐用性，可點亮58個串聯的發光二極管（LED），為商用電容器充電并驅動便攜式電子產品。縫有WS-TENGs的智能手套可用于檢測不同情況下的手指運動。這項工作提出了一種制備自供電紡織品的新方法，該類產品在生物力學能量收集、可穿戴電子設備和人體運動監測方面具有廣闊的應用前景。
圖1.（a-f）ESTENG的制備過程。（g）ESTENG的攝影圖像。（h）SSL的SEM圖像。電紡P（VDF-TrFE）/SSL表面的（i）低倍和（j）高倍放大SEM圖像；（i）的插圖是橫截面圖像。電紡PA66/SSL表面在（k）低和（l）高放大倍率下的SEM圖像；（k）的插圖是橫截面圖像。
圖2.（a-b）與橡膠膜接觸的WS-TENG的示意圖和（c-f）發電機理。（g-k）WS-TENG與不同獨立層材料接觸的攝影圖像。（l）所制備的WS-TENG、傳統SS-TENG和不同織物的透氣性和（m）透濕性。（1）的插圖是每種類型設備/織物的數碼照片，尺寸為5cm×5cm。
圖3.（a）不同摩擦材料制備的WS-TENG的開路電壓和（b）短路電流。（c）不同尺寸WS-TENG的開路電壓和（d）短路電流。（e）WS-TENG在不同沖擊力下的開路電壓和（f）短路電流。（g）WS-TENG在不同頻率下的開路電壓和（h）短路電流。（i）WS-TENG的輸出電壓和電流與負載電阻的關系。（j）WS-TENG的瞬時功率密度與負載電阻的關系。（k）在20,000個連續工作循環下對WS-TENG進行耐久性測試。（l）WS-TENG在清洗不同次數之前和之后的電氣性能。
圖4.固定在人體不同位置的WS-TENG的圖像和開路電壓。（a-b）在手掌中，（c-d）在肘關節處，（e-f）在外側肘部，（g-h）在手臂下方，（i-j）在膝蓋關節處，（k-1）在腳下。
圖5.WS-TENG的實際應用：從手的拍打中獲取機械能，用于（a）直接點亮約58個LEDs，（b）驅動電子表，以及（c）用于手指運動感應的智能手套。（d）自供電系統的等效電路。（e）在人手掌拍打的情況下，WS-TENG為2、4.7、22、100μF電容器充電的充電曲線。當（f）彎曲拇指并（g）按下食指時，智能手套記錄的電壓信號。（f）和（g）的插圖顯示了相應的數碼照片。
微信二維碼
