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  靜電紡絲是一種高效制備聚合物納米纖維的方法，制備得到的納米纖維膜具有超輕超柔、高比表面積等諸多優(yōu)異特性。在構(gòu)筑柔性可穿戴式TENG方面，因其作為一種理想的摩擦材料而受到研究者的廣泛關(guān)注。然而，用于制備納米纖維的聚合物通常不具有可拉伸性能，目前僅彈性體類納米纖維才能夠?qū)崿F(xiàn)拉伸，這極大的限制了納米纖維在柔性可拉伸TENG器件中的應(yīng)用。此外，納米纖維層與電極層之間較弱的界面粘附性也常常會導(dǎo)致器件在長時(shí)間使用過程中納米纖維層的脫落和剝離，進(jìn)而嚴(yán)重影響TENG的對外輸出穩(wěn)定性。因此，探索一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且兼具可拉伸性能的納米纖維基TENG具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 褶皺納米纖維TENG的結(jié)構(gòu)示意圖以及實(shí)物展示

  該研究通過靜電紡絲方法以及褶皺石墨烯制備技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，設(shè)計(jì)并發(fā)展了一種基于褶皺納米纖維復(fù)合膜的柔性可拉伸單電極式TENG用于環(huán)境機(jī)械能收集以及可穿戴式自供能監(jiān)測傳感。它以還原氧化石墨烯（RGO）膜和聚（偏二氟乙烯-六氟丙烯）（PVDF-HFP）納米纖維膜分別作為TENG的電極層和摩擦層。創(chuàng)造性的將褶皺形貌引入TENG的整體結(jié)構(gòu)之中，使得整個(gè)器件同時(shí)兼具柔性和可拉伸性。它的典型峰值輸出電壓和電流能夠分別達(dá)到80 V和1.67 μA。而且，褶皺結(jié)構(gòu)的存在能夠有效地保留一定預(yù)留拉伸空間，在拉伸應(yīng)變?yōu)?50%時(shí)，其峰值輸出電壓和電流可分別提升到300 V和7 μA。特別地，由于褶皺結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒓{米纖維層牢牢抓附在電極層上，從而可以確保整個(gè)器件在長時(shí)間使用過程中的耐久性能。此項(xiàng)工作設(shè)計(jì)并發(fā)展了一種簡單經(jīng)濟(jì)的手段來制備TENG，并進(jìn)一步拓展了納米纖維在柔性可穿戴自供能器件中的應(yīng)用潛力。

  相關(guān)研究成果以“Wearable and Stretchable Triboelectric Nanogenerator Based on Crumpled Nanofibrous Membranes”為題，于2019年3月在線發(fā)表于“ACS?Applied Materials & Interfaces”。北京化工大學(xué)碩士研究生秦臻為本文第一作者，北京化工大學(xué)為論文第一完成單位。此研究工作得到北京化工大學(xué)有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.8b21487