柔性Janus電紡納米纖維薄膜用于可穿戴摩擦電納米發電機

DOI: 10.1002/admt.201900859

傳統的可穿戴式納米發電機大多由致密的薄膜組裝而成，涉及復雜的物理和化學過程，從而導致制造成本高，且難以平衡人體舒適的生理需求。本文中，開發了一種完全由Janus電紡納米纖維薄膜制成的可穿戴摩擦電納米發電機（TENG）。這種基于全纖維的TENG不僅具有超輕量和高柔韌性，而且由于其多孔結構而具有出色的透氣性。另外，不對稱的導電Janus結構還提供了一種改善電極與帶電層之間較弱粘附力的有效方法。作為一種自供電設備，在2×2 cm²的有效接觸面積下，可產生140 V的峰值電壓和3.8 μA的電流，瞬時功率為0.75 mW。這種簡單、柔性且透氣的TENG在自供電可穿戴設備中具有巨大的應用潛力，可用于從日常生活中收集各種機械能并實現對人體運動的實時監控。

圖1.a）Janus納米纖維制備過程的示意圖，b）PEDOT氣相聚合方法的機理解釋。

圖2.a-c）分別為純凈和PEDOT涂層的PLA納米纖維薄膜的照片、SEM圖像和FTIR光譜，d-f）純凈和PEDOT涂層的PVDF-HFP納米纖維薄膜的照片、SEM圖像和FTIR光譜。

圖3.a）將Janus 納米纖維切割成不同的形狀，b）處于卷曲狀態的Janus 納米纖維，c）將Janus NFs納米纖維揉皺并完全放松至其原始狀態，d）PEDOT涂層納米纖維膜的表面電阻率，e）不同納米纖維膜的透氣性和透濕性，f-h）不同Janus 納米纖維的重量和厚度。

圖4. a）AN-TENG的結構設計圖，b，c）AN-TENG的實物照片，以及d）AN-TENG的工作原理。

圖5. A-c）AN-TENG的開路電壓、短路電流和短路電荷量，d）AN-TENG的循環試驗曲線，e）AN-TENG的輸出電流和瞬時功率對外部負載電阻的依賴性，f）AN-TENG對不同電容器的充電曲線，g）60個綠色LED的照片，以及h）由AN-TENG提供動力的科學計算器的照片。

圖6. 在a）人喉嚨的振動，b）人手腕的緊握動作，c）不同角度的自彎曲監測下，AN-TENG的循環輸出電壓信號。