研究背景
随着科技和经济的快速发展，物联网的各种应用极大地改善了人类生活的许多领域但目前商用传感器存在功耗高、灵敏度低、环境适应性差、生产成本高、存在有毒有害物质等问题，对物联网技术的进一步发展也有诸多不利影响另外，由于物联网传感器节点分布广泛的特点，导致其安装环境极其复杂，目前基于电网形式的供电方式显然不能满足相关要求同时，面对物联网传感器网络中的数十亿节点，相关的能耗将带来沉重的经济负担和环境问题，不符合可持续发展的要求。因此，根据各种新兴技术，开发集自供电、高灵敏度、低成本、环保为一体的新型传感器将是物联网传感器研究的一个重要研究方向
由于摩擦电纳米发电机（TENG）于2012年首次提出，该技术基于摩擦电效应和静电感应原理，已广泛应用于物联网行业的自供电传感和机械能收集领域。考虑到物联网系统的自我可持续性，TENG具有成本低、产量稳定、结构多样、环境适应性好、能量转换效率高等优势，并展示了TENG与物联网技术的多种融合。TENG可以在各种环境下进行微机械运动，实现相应的机械信号传感和能量收集。摩擦电材料作为TENG的主要组成部分，对其传感和能量转换效率有着重要的影响。同时，基于传统高分子材料的各种摩擦电材料的研究，极大地推动了TENG的进步，开发具有环保、高产等优点的摩擦电材料逐渐成为前沿研究方向虽然环境问题日益严重，但可持续发展的理念却在不断深化。天然有机高分子材料因其来源广泛、成本低、可生物降解等优点，在绿色环保材料的发展中具有诸多优势。然而，其较差的摩擦电性能极大地限制了其在TENG中的宏观应用。为了进一步增加天然有机高分子材料在TENG研究领域的贡献，许多研究通过各种材料改性方法，极大地提高了天然有机高分子材料的摩擦电性能，以获得更高的传感特性和输出性能。根据相关研究，开路电压3750 V，短路电流0.48 mA，功率密度116.21 W/m2。此外，人工合成的新型可生物降解摩擦电材料在过去几年也取得了很大进展，其优异的生物相容性极大地推动了TENG在植入式医学和柔性电子皮肤领域的应用。因此，采用环保摩擦电材料的自供电系统不仅进一步推动了环境友好型TENG的发展，而且为人类与自然的绿色可持续关系提供了重要的解决方案。
文章概述
本文详细介绍了可持续材料基TENG的最新发展和实践研究。根据材料的特性，将相关研究工作分为氨基酸、多糖和合成材料三大类。此外，通过能量收集和自供电传感确定了两大应用方向。值得注意的是，分别展示了可持续材料基TENGs的挑战和展望。我们衷心希望本研究能够极大地推动环境TENG的发展，并为未来研究可持续材料在TENG应用中的研究提供一些重要的研究方向。
文章以“Sustainable materials systems for triboelectric nanogenerator”为题发表在国际著名期刊《SusMat》上。北京交通大学博士研究生郝逸君为本文的第一作者，北京交通大学李修函教授，张楚国副教授和中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林教授为本文通讯作者。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/sus2.244
图文导读
图1可持续材料特性及其在摩擦纳米发电机（TENGs）能量收集和自供电传感中的应用综述。氨基酸/蛋白质，多糖，合成，和其他可持续材料为基础的TENG。
图 2. 氨基酸基摩擦电纳米发电机（TENGs）。(A) DL-Valine TENG。(B) l-胱氨酸TENG。(C)天冬氨酸TENG。
图 3. 丝素基摩擦电纳米发电机（TENGs）。(A)丝素蛋白(SF)/Ag NWs TENG。(B) SF/壳聚糖TENG。(C) SF/Ag NWs/服务TENG。(D)重组蜘蛛丝蛋白TENG。(E)含有蜘蛛丝蛋白的TENG/压电纳米发电机（PENG） （TPNG）混合系统。
图 4. 聚酯毛皮基摩擦电纳米发电机（TENGs）。(A)聚酯毛皮增强旋转TENG （PFR-TENG）。(B)恒压DC-TENG。(C)多相差耦合直流TENG （D-TENG）。(D)带有共面电荷泵的聚酯皮毛TENG。
图 5. 其他合成聚合物基摩擦电纳米发电机（TENGs）。（A）软软接触蒲腾。(B)聚氧化物(PEO)/ PDMS基TENG。(C)聚乙烯醇(PVA)/Ecoflex TENG。(D) PVA/MXene TENG。
图6. 可持续摩擦电材料系统发展前景概述。基于可持续材料的摩擦电纳米发电机（TENGs）具有可生物降解、高度生物相容性和低成本的特点。为了进一步实现高性能环保TENG的大规模制造，需要从材料创新和先进技术开发方面进行交叉研究，以提高器件的可靠性、集成度和商业化。
总结
综上所述，作为一项强大而有前途的技术，TENG在物联网中具有良好的能量收集和自供电传感功能。在十多年的发展中，许多科研人员将TENG独特的先进特性与当前人们对环境保护、能源资源再利用的需求相结合，开发了一系列基于可持续材料的摩擦电层。综上所述，本文综述了高性能TENG研究和应用中最新的、新颖的加工方法和先进的可持续材料的优异性能。基于大量丰富的研究，可以得出结论，可持续材料将在先进技术的支持下逐渐成为可靠的摩擦电材料，摆脱电力输出低、耐久性差、恶劣环境抗性低的特点，在不久的将来也将在低碳环保方面发挥重要作用。
编辑：四火 | 审核：listen
