Nano Energy: MXene/PDMS摩擦纳米发电机柔性电极

在过去几十年里，对可穿戴电子产品的需求不断增加和扩大。目前，轻便、灵活、可穿戴、防水、耐用、舒适的可穿戴设备被广泛应用于移动电子、生物传感器和健康监测等领域。致力于开发具有相当灵活性和耐用性的相应电源（例如，可穿戴锂电池，超级电容器）。然而，目前的电源通常需要频繁充电或使用后必须更换，极大地限制了其潜在的实际应用。有必要开发一种新的能源收集技术来解决这一障碍，为可穿戴电子产品提供可持续的能源来源。

近期，成均馆大学（Sungkyunkwan University）的Dae Joon Kang教授在国际知名学术期刊Nano Energy上发表一篇题目为：Flexible single-electrode triboelectric nanogenerators with MXene/PDMS composite film for biomechanical motion sensors的研究论文，为了开发灵活、耐用、可清洗的高输出性能单电极摩擦纳米发电机(STENGs)，在这项工作中首次演示了一种具有更高输出功率的PDMS/MXene复合薄膜。它在极端变形下(折叠和轧制)具有优良的耐久性，洗涤后具有防水性能。为了验证柔性STENGs将人体活动产生的外部机械能转化为电能的实用性，进行了手工锤击试验。该柔性STENG(2×4平方厘米)无需额外的储能设备，通过连续的人手锤击运动直接为80个商用绿色发光二极管(led)供电。在进一步的实际应用中，该装置被安装在人的手指和腿上，作为人体运动传感器，检测手指敲击、拍手和锤击。这种创新的设计为各种可穿戴电子设备和灵活的自供电系统提供了一个有吸引力的概念。

图1. MXene材料制备和传感器组装。

图2. 材料的物理表征分析。

图3.材料结构以及传感原理分析。

图4.传感器传感性能表征。

图5.点亮LED测试。

图6.人体活动监测。

     本文提出了一种由MXene/PDMS复合薄膜和Cu-Ni/纺织基底组成的可穿戴柔性STENG。当使用猪皮模拟人类皮肤时，通过在12 N的作用力下进行周期性压缩，可获得面积为1×1 cm²的柔性STENG的最大输出（Vpp-oc达170V，Ipp-sc达20μA cm^-2）。在实际应用中，在连续的人锤作用下，柔性STENG(2×4 cm²)的Vpp-oc和Ipp-sc分别达到225V和30μA cm^-2。如此高的输出功率照亮了80个LED灯，而无需使用额外的能量存储设备。当人为周期性地压缩STENG时，商用电容器的电压迅速升高(约0.23 V/min)。此外，该装置作为生物力学传感器实现人体运动检测(手指敲击、鼓掌和手敲击)，显示其在可穿戴自供电传感系统中的应用潜力。

文献链接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105383.

 信息来源：MXene Frontie

本信息源自互联网仅供学术交流 如有侵权请联系我们立即删除