隨著柔性電子在智能化和便攜化領(lǐng)域的快速發(fā)展,開(kāi)發(fā)和利用可持續(xù)的高性能電源已成為研究熱點(diǎn)。摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG)作為一種新型的能量收集器具有柔韌、便攜、小型化等優(yōu)勢(shì), 能夠?qū)⒅車h(huán)境中的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,成為實(shí)現(xiàn)可穿戴自供能電子設(shè)備的理想手段之一。然而,如何通過(guò)調(diào)控正電材料的結(jié)晶度和微觀結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)具有高摩擦產(chǎn)電材料,從而實(shí)現(xiàn)高輸出TENG的制備仍然極具挑戰(zhàn)。近期,華南理工大學(xué)機(jī)汽學(xué)院張水洞教授課題組采用聚乙二醇單甲醚(mPEG)增塑聚乳酸(PLA),結(jié)合靜電紡絲技術(shù)制備出高結(jié)晶度(由5%提高至45.9%)和具納米結(jié)構(gòu)的PLA/mPEG纖維,將其作為正電材料制備輸入功率密度達(dá)116.21 W/m2的TENG,并能實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的音樂(lè)演奏。
圖1. (a) PLA-mPEG薄膜的FTIR譜圖和(b)XRD譜圖。(c) PLA/mPEG納米纖維薄膜的儲(chǔ)存模量和(d) tanδ曲線。
圖2. 不同濃度mPEG制備的P(VDF–TrFE)/PLA-mPEG TENGs的(a)開(kāi)路電壓和(b)短路電流。
圖3. (a, b) P(VDF–TrFE)/PLA-15mPEG TENG 在不同外部負(fù)載電阻下的輸出電壓、功率密度和輸出功率。(c, d) P(VDF–TrFE)/PLA-15mPEG TENG在104按壓釋放循環(huán)中前后 50 次循環(huán)測(cè)得的輸出電壓和電流。
圖5. (a) P(VDF–TrFE)/PLA-mPEG TENG 通過(guò)手指按壓產(chǎn)生的輸出電壓。(b) TENG在一次按壓?釋放循環(huán)中產(chǎn)生的輸出電壓。(c) P(VDF–TrFE)/PLA-mPEG TENGs 作為音符通過(guò)蜂鳴器播放音樂(lè)的數(shù)碼照片, (d) 用手指按壓作為音符的 TENGs 產(chǎn)生的輸出電壓。
如圖5所示,TENG可以有效地收集手指按壓的微小機(jī)械能并將其轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)按下TENG音符時(shí),信號(hào)處理系統(tǒng)接收輸出電壓信號(hào)。通過(guò)TENG和信號(hào)處理系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)通信,信號(hào)被傳輸?shù)狡ヅ涞姆澍Q器,然后蜂鳴器發(fā)出相應(yīng)音符的聲音。此外,當(dāng)按順序按下音符“Do,Do,So,So,La,La,So”和“Fa,Fa,Mi,Mi,Re,Re,Do”時(shí),蜂鳴器可以播放“Twinkle Twinkle Little Star”的曲調(diào)。因此,P(VDF–TrFE)/PLA mPEG TENG可以檢測(cè)手指按壓信號(hào),并通過(guò)TENG與信號(hào)處理系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)通信來(lái)完成音樂(lè)的播放。
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[1] Xingxing Shi, Wanjie Si, Jingyi Zhu, Shuidong Zhang*. Boosting the Electrical Performance of PLA-based Triboelectric Nanogenerators for Sustainable Power Sources and Self-powered Sensing. Small. https://doi.org/10.1002/smll.202307620.
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