西南交大楊維清：利用相對介電常數實現高性能摩擦電納米發電機

隨著世界逐步進入物聯網時代，各種可穿戴生物電子產品也掀起了一場個性化醫療保健的革命。然而，這一快速發展的新興領域卻因為沒有一種較為普及的、可穿戴、可持續化的能量供給而受到限制。儘管摩擦納米發電機（TENG）的發明推動了這一領域的發展，但發電效率卻一直成為其應用推廣的障礙。並且現有的增強方式如表面物理修飾、化學修飾、陶瓷摻雜等都存在一定程度的缺陷，使得其無法廣泛、長久地應用在可穿戴電子器件中。

圖1. 活性炭摻雜在PVDF中提高其介電常數

針對這一問題，近日，西南交通大學材料科學與工程學院楊維清教授團隊提出一種新的增強方案，通過在聚偏氟乙烯（PVDF）中摻雜高比表面積的活性炭，從而控制其介電常數，進而增強TENG的輸出性能。經過測試，摻雜後的PVDF製備的TENG功率提高了9.8倍。並且其優異的性能無論是在能量收集方面還是作為傳感器監測人體動作，都表現出良好的結果。相關研究成果以「Manipulating Relative Permittivity for High-Performance Wearable Triboelectric Nanogenerators」為題發表在國際著名期刊Nano Letters（IF：11.238）上，並被選為封面論文。Nano Letters是世界納米材料公認的老牌頂級旗艦期刊。該工作受到了國家自然科學基金、西南交通大學材料學院的大力支持。

圖2. 介電增強的PVDF薄膜在可穿戴TENG的應用及其製備過程

圖3. 介電增強TENG用於能量收集及人體運動檢測

團隊介紹：

楊維清，西南交通大學材料科學與工程學院教授/博導，四川省第十二屆政協委員，四川省傑出青年，2007和2011年分別獲得四川大學碩士和博士學位，2011-2014年先後在電子科技大學和美國喬治亞理工學院從事博士後， 2014年4月引進到西南交通大學材料學院教授博導，主要從事納米能源材料與功能器件的應用基礎研究。近年來，在Adv. Mater.（IF: 27.398）, ACS Nano (IF: 14.588），Nano Lett.（IF: 11.238）, Adv. Funct. Mater. (IF: 16.836) 等國際著名刊物上發表SCI收錄論文共計160餘篇，其中影響因子IF>10論文40餘篇，ESI高被引論文11篇，引用5600餘次(Google Scholar)。主持國家自然基金、四川省傑出青年基金項目、教育部留學回國人員啟動基金項目等多項省部級項目，擔任科技部重大研發計劃項目會評專家和國家科技獎評審專家。申請專利40餘項(已授權18餘項)。所做的工作被美國知名網站美國國家自然基金委（NSF)、Newscientist，CCTV等近20家媒體專題報導，受到法國路透社，中國科學網、中國儲能網、中國網、新華網、人民網、鳳凰網等多家國內外媒體關注。也是Newscientists（科技媒體世界排名第一，見百度）首次報導西南交通大學的科研工作。相關科研成果在北京科技展和中關村科技展上，受到國務院副總理劉延東、中科院院長白春禮院士和中科院北京分院院長何巖院士的高度評價，受邀參加中國國際廣播電臺名人坊節目專訪。

來源：西南交大

論文連結：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c01987