一种基于MXene/PVA水凝胶的柔性多功能三角电纳米发电机
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详细介绍

一、文章概述


摩擦电纳米发电机(TENGs)是一种能量收集、医疗和信息技术方面的新兴技术。它基于终端的灵活、便携式和自供电的电子器件是非常理想的,而传统柔性电极复杂的制备过程和高成本阻碍了其实际应用。这篇文章作者给我们介绍了一种MXene/聚乙烯醇(PVA)水凝胶TENG(MH-TENG),其具有制造简单、高输出性能并且应用广泛等特点。MXene纳米片的掺杂促进了PVA水凝胶的交联,提高了复合水凝胶的可拉伸性。MXene纳米片也在表面形成微通道,这不仅通过改善离子的输运来提高水凝胶的电导率,而且还产生额外的三电输出 ,通过流式振动电位机制产生额外的摩擦电输出。


二、图文导读


1.MXene/PVA水凝胶的微观结构图。

a)MXene的晶体结构示意图;b)通过透射电镜获得的MXene纳米片的低倍放大图像;c)来自图b)MXene纳米片的扩大边缘区域;d)一个SAED模式 MXene纳米片。


2.MXene/PVA水凝胶的自愈合过程图。

当分裂在自然环境中的两部分连接在一起时,水凝胶愈合迅速、无缝。MXene/PVA水凝胶优异的自愈合和可拉伸性来自于MXene纳米片中丰富的表面官能团,这提供了额外的氢键结合位点,从而促进了PVA水凝胶的交联。


3 .显示一级和二级交联网络的MXene/PVA水凝胶示意图。

虽然MXene纳米片可以与PVA水凝胶形成强氢键,但MXene纳米片的结构将保持不变,因此,MXene纳米片的表面可以看作是一个充满PVA分子链和大量水的微通道,当水摩擦MXene纳米片时,MXene纳米片的表面会携带负电荷,而在MXene表面附近的水会产生正电荷,形成双电层和微通道,处于平衡,没有外部振动。


4.MH-TENG的结构示意图。


5.Ti3C2Tx气凝胶和薄膜叠加结构示意图

b)能量采集的单电极模式MH-TENG的工作原理c)基于MXene/PVA水凝胶微通道的三电机理。当对MH-TENG施加压力时,微通道被压缩,然后水将流出微通道。流动的水会将正平衡离子从电双层的微通道排出,但在MXene表面仍保持负电荷。因此,外部电路中的自由电子将被排斥到地面上,同时在MXene纳米片上诱导相应的正电荷。因此,MXene纳米片不仅可以作为交联剂,提高PVA水凝胶的可拉伸性,而且还有助于形成微通道,促进摩擦电气化后MXene/PVA水凝胶中正离子的运输。


6.MH-TENG用于感知不同的手写细节。

上图揭示了MH-TENG自主触觉传感器的良好特性,用于高度灵敏度的手写识别系统,图中使用的钢笔是一种聚氯乙烯塑料。MH-TENG可以根据笔尖的压力产生不同峰形状和数字的特殊电压信号。MH-TENG可以根据笔尖的压力产生不同峰形状和数字的特殊电压信号。

三、全文总结

综上所述,以MXene/PVA水凝胶为电极,制备了柔性、可伸缩的摩擦电纳米发电机。MXene纳米片不仅促进了PVA水凝胶的交联,而且在水凝胶内形成了微通道,增强离子传输,并通过微通道三体电的SVP机制诱导额外的输出。此外,MH-TENG的独立摩擦电材料可以与各种材料结合,在低频机械能采集方面显示出巨大的潜力。值得注意的是,MH-TENG是可降解和环保的,适合目前所提倡的环保理念。

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