【納米】運用近紅外雷射遠程高效自修復摩擦納米發電機

2021-02-25 X-MOL資訊

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近年來，隨著納米能源技術的不斷發展，摩擦納米發電機（Triboelectric nanogenerator，簡稱TENG）得到了越來越多的關注。其原理是基於摩擦起電和靜電感應效應的耦合，將人體運動、空氣流動等過程中低頻、無序、低品質的機械能轉化為電能。然而以銅、鋁等金屬作為導電層的傳統摩擦納米發電機常因金屬疲勞，容易導致導電層的破損，影響其正常工作。近期，蘇州大學的潘越團隊介紹了一種可實現摩擦納米發電機高效自修復的方法，運用近紅外雷射照射，使修復後的納米器件保持良好的電學輸出性能。同時，該方法可潛在應用於遠程修復可植入器件。

在該工作中，潘越團隊設計了一種新型的自修復摩擦納米發電機（SH-TENG）。該器件具有明確的三層結構——頂層為摩擦起電層，通過摩擦起電效應產生電荷，所用材料為聚二甲基矽氧烷（PDMS）；中層為輔助修復層，所用材料為引入二硫鍵的環氧樹脂；底層為自修復導電層，通過靜電感應效應傳導電荷，所用材料為摻雜碳納米管（CNT）的二硫鍵環氧樹脂。在近紅外雷射的照射下,破損的器件可利用底層碳納米管良好的光熱轉化率自下而上的傳遞熱量，同時利用輔助修復層內更優越的分子活動性實現器件自上而下的貼合。這一拉鏈式的過程有效縮短了器件自修復所需的時間——破損器件可在功率為4W的近紅外雷射1 min的照射下實現自修復。除此以外，該器件具有良好的電學輸出，Qsc (~16 nC)、 Voc  (~50 V)、Isc (0.6 μA)，且該電學數據在經過5次損壞-自修復過程後仍能保持穩定。不僅如此，該器件具有類似LEGO玩具的性質，可通過器件側面的簡單接觸、升溫實現器件的串聯。與此同時，潘越團隊還通過雞皮模擬人體皮膚，模擬了該器件的皮下自修復，該過程預示了其在可植入器件領域的潛在應用。

該研究成果發表在納米能源領域頂級期刊Nano Energy（IF: 13.1）上。第一作者是管清寶博士。該研究工作得到了國家重點基礎研究發展計劃（No. 2018YFB1105700）、國家自然科學基金項目（51402203，51703148）、江蘇省高層次創新創業人才「世界名校博士計劃」的資助。

該論文作者為：Qingbao Guan, Yiheng Dai, Yanqin Yang, Xiangyu Bi, Zhen Wen*, Yue Pan*

原文（掃描或長按二維碼，識別後直達原文頁面）：

Near-Infrared Irradiation Induced Remote and Efficient Self-Healable Triboelectric Nanogenerator for Potential Implantable Electronics

Nano Energy, 2018, 51, 333-339, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.06.060

導師介紹

潘越

http://www.x-mol.com/university/faculty/40482

（本文由戴以恆供稿）

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