DOI: 10.1021/acsami.0c22670
具備特殊功能的可穿戴電子產品將賦予其更多的附加價值和更全面的實用性能。在此，研究者報告了一種兼具紫外（UV）防護、自清潔、抗菌和自供電功能的全納米纖維基摩擦電納米發電機（TENG），用于機械能量收集和自供電傳感，它是通過靜電紡絲方法由Ag納米線（NWs）/TPU納米纖維和TiO2@PAN網絡制備而成的。由于添加了TiO2納米顆粒（NPs），TENG具有優異的紫外線防護性能，包括約204的紫外線防護系數（UPF），約0.0574％的UVA（TUVA）透射率和約0.107％的UVB（TUVB）透射率。此外，在25分鐘的太陽光照射下，可以降解大部分的表面污染物，并且可以恢復下降的功率輸出。由于TiO2 NPs和Ag NWs的耦合作用，TENG對金黃色葡萄球菌顯示出優異的抗菌活性。全納米纖維基TENG具有微納米級的分層多孔結構，可以作為檢測和跟蹤人體運動的自供電計步器。作為一款多功能的自供電設備，TENG在微/納電源、人體運動監測和人機界面等領域具有廣闊的發展前景，為下一代可穿戴電子產品提供了一種能源解決方案和多功能交互式平臺。
圖1.結構設計及工作機理。（a）所開發的TENG的結構圖。（b）TiO2/PAN納米纖維膜的SEM圖像。（c）TiO2+PAN納米纖維的制備過程示意圖。（d）紫外線屏蔽機制的示意圖。（e）光催化降解機理的示意圖。
圖2.抗紫外線和抗菌活性的特征。（a）在不同的TiO2濃度下進行FTIR分析。（b）通過三種方法制備的納米纖維的紫外透射光譜（1＃TiO2/PAN納米纖維：通過靜電紡絲PAN納米纖維并同時電噴霧TiO2 NP制備。2＃TiO2-PAN納米纖維：首先，通過靜電紡絲制備PAN納米纖維，然后用預分散的TiO2 NPs進行原位浸漬修飾。3＃TiO2+PAN納米纖維：首先將TiO2 NPs和PAN溶液在液相中均勻混合，然后通過一步靜電紡絲法制備TiO2+PAN納米纖維。（c）納米纖維在不同的TiO2濃度下的紫外線透射光譜。（d）在不同的TiO2濃度下，TENG的UPF，（e）TUVA和（f）TUVB。（g-i）TENG的抗菌性能，包括（g）純PAN納米纖維的SEM圖像，（h）Ag NWs/PAN納米纖維的SEM圖像（左），TiO2+PAN納米纖維的SEM圖像（右）和（i）AgNWs/TiO2+PAN納米纖維的SEM圖像（比例尺：2μm）。
圖3.工作機理及輸出性能。（a）TENG的工作原理示意圖。（b）COMSOL模擬的TENG的電位分布。（c-e）在不同頻率（2-5Hz）下，TENG的VOC、QSC和ISC。（f）在不同的外部負載電阻和1Hz的頻率下，TENG的輸出電流和功率密度。（g）不同電容容量下的TENG充電曲線。（h）電源管理電路的示意圖。
圖4.自清潔和電力輸出恢復性能。（a）在太陽光照射下，每隔5分鐘記錄一次污染表面的數碼照片。（b）MB染料降解的吸收光譜變化。（c，d）MB染料降解的吸收光譜變化，包括在模擬太陽光照射下，具有不同TiO2負載量的TiO2+PAN納米纖維層上的（c）降解速率和（d）MB染料的濃度。（e）在不同TiO2濃度下MB染料的動力學曲線。（f-h）比較原始、污染和自清潔TENGs中的VOC、QSC和ISC。
圖5.自供電計步器應用。（a）TENG的輸出電壓隨外加壓力的變化。（b）步行過程中不同的腿部動作和相應的電壓信號。（c-f）根據輸出信號的大小和頻率，對（c）步行，（d）跑步，（e）蹲下和（f）跳躍等不同活動進行監測。（g）自供電計步器系統的流程圖。（h）輸出界面，以及（i）自供電計步器系統的詳細電信號。
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