【每周科研（上）】通过电荷存储和释放策略显著提高摩擦纳米发电机的输出性能

Pub Date : 2024-10-28

DOI:10.1016/j.cej.2024.157123

Tailoring dielectric constant via anodic aluminum oxide-based nanoparticle for boosting the output performance of a triboelectric nanogenerator

通过基于阳极氧化铝的纳米粒子调整介电常数，以提高摩擦纳米发电机的输出性能

Chemical Engineering Journal ( IF 13.3 ) 

Kyung Hee University

摩擦纳米发电机 （TENG） 被认为是解决能源资源枯竭和全球变暖问题的有潜力的解决方案。材料的表面优化是提高其输出性能并促进其实际应用的有效方法。通过添加具有高介电常数的填料来增加电容的方法具有避免 TENG 材料机械磨损的优点。但是填充剂制备相关的高成本可能会限制 TENG 的制造和实用性。在此，本文报道了一种具有经济高效的阳极氧化铝纳米颗粒 （AAO NPs） 的 TENGs。AAO NP 是通过粉碎 AAO 膜获得的，该膜是通过重复的阳极氧化和分层工艺从单个低成本铝板连续制造的。AAO NP-聚二甲基硅氧烷 （PDMS） 复合材料是将AAO NPs 和 PDMS 混合制成的。实验结果表明，在接触层材料中添加 AAO NPs 会增加介电常数，从而增强 TENG 输出。而具有 7 wt% AAO NP 的 TENG 的输出性能是没有 AAO NP 的 TENG 的三倍左右，实现了 130 V 和 3 μA 的输出电压和电流。最后的实验演示也证明含有 AAO NP 的 TENG 输出的电能可用于为商用电子设备供电，证实了该设备的实用性。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157123

责编：林鑫

Pub Date : 2024-10-29  

DOI: 10.1016/j.cej.2024.157220

Alkali lignin-Fe(III)-induced successive redox reaction triggered ultrafast gelation of high quality hydrogel for wearable flexible sensors and self-powered devices

碱木质素-Fe（III） 诱导的连续氧化还原反应触发了用于可穿戴柔性传感器和自供电设备的高质量水凝胶的超快凝胶化

Chemical Engineering Journal ( IF 13.3 )

Dalian Polytechnic University

技术创新对可应用于柔性可穿戴电子器件的新一代水凝胶材料提出了苛刻的要求，如适度的制备条件、机械柔韧性、高导电性、好的灵敏度、强附着力以及以可再生生物质资源为前驱体。在这里，受贻贝分泌物中儿茶酚和金属离子配位作用的启发，提出了一种包含氧化和自催化系统的策略，以在室温和中性环境中快速制备高质量的水凝胶。氧化处理引入了丰富的羧基，使原来的不溶性碱木质素能够均匀分散在中性水中。自催化系统产生大量的醌/半醌自由基，促进丙烯酸单体的快速聚合。强大的物理和化学交联使制备的水凝胶具有优异的机械性能（伸长率：1080 %;拉伸应力：232.62 kPa）、粘合力 （98.77 kPa）、抗紫外线性和透射率（700 nm 处为 96 %）、电导率 （2.57 S·m⁻¹） 和自修复性能。基于水凝胶的传感器旨在灵敏、稳定和准确地输出人体活动信号。此外，组装的水凝胶基摩擦纳米发电机可以为电容器充电并点亮 LED 灯，表明柔性自供电可穿戴设备的巨大潜力以及不溶性碱木质素生物质资源高值化利用的新途径。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157220

责编：林鑫

Pub Date :2024-10-29

DOI: 10.1016/j.nanoen.2024.110417

A Hybrid Triboelectric-Piezoelectric-Electromagnetic Generator with the High Output Performance for Vibration Energy Harvesting of High-Speed Railway Vehicles

一种具有高输出性能的摩擦电-压电-电磁混合发电机，用于高速铁路车辆的振动能量收集

Nano Energy ( IF 16.8 )

Beijing Jiaotong University

随着智能高铁的快速发展，人们的出行变得更加便捷、省时、舒适。然而，配备的电子设施数量的增加也带来了更多的电力消耗。而超高压驱动电源系统无法直接驱动其众多的装置。本文提出了一种摩擦电-压电-电磁混合发电机 （HTG），通过原位收集相应的振动能量来驱动高速列车的信号和传感装置。与商用聚甲醛薄膜相比，采用静电纺丝技术制备的聚甲醛纳米纤维薄膜的摩擦纳米发电机输出功率提高了 130 倍。此外，由于空间利用率和输出性能高，与之前关于振动能量收集的研究工作相比，HTG的功率密度提高了 1-3 个数量级。重要的是，基于 HTG 的自供电无线运动监测系统可以实现对速度、频率和位移等运动信息的实时监测和传输。这一发现不仅为高效收集振动能量提供了重要途径，也为设计更经济、更舒适、更智能的高速列车提供了新思路

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110417

责编：林鑫

Pub Date : 2024-10-29 

DOI:10.1002/sstr.202400208

Small Structures (IF 13.9)

University of New South Wales

银纳米线 （AgNWs） 由于其优异的电学性能和机械性能，是作为柔性透明电极的氧化铟锡的有前途的替代材料。然而，其主要挑战是在高湿度、化学暴露和动态机械变形等各种环境下的稳定性较差。本文通过简单的乙酸辅助溶剂热法控制生长动力学合成了超长 AgNWs （≈100 μm），并通过电沉积进一步用薄的 Al₂O₃ 层装饰以形成核壳结构。基于 Ag-Al₂O₃ 核壳纳米线 （NWs） 的所得薄膜具有更高的导电性，同时由于增强的 NWs 接触而保持了光学透明度。更重要的是，构建的薄膜对各种条件表现出很强的抵抗力，例如暴露于高温/高湿以及浸泡在 NaCl、HCl 和 Na₂S 溶液中。基于化学稳定性 AgNW 的激光蚀刻指间电极进一步与氧化石墨烯层集成，用于湿度传感和呼吸监测。此外，开发的具有优异机械稳定性的 NW 被构建为用于发电的摩擦纳米发电机，并证明了可靠的输出性能。这项工作提供了一种方便、可扩展且具有成本效益的解决方案，为为下一代柔性电子产品设计坚固、透明的电极提供了巨大的潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1002/sstr.202400208

责编：+76

Pub Date : 2024-10-30 

DOI: 10.1002/smll.202405064

A Plantar Pressure Detection and Gait Analysis System Based on Flexible Triboelectric Pressure Sensor Array and Deep Learning

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202405064

责编：+76

Pub Date : 2024-10-30

DOI:10.1002/adfm.202416911

Multilayer Bionic Tunable Strain Sensor with Mutually Non‐Interfering Conductive Networks for Machine Learning‐Assisted Gesture Recognition

具有相互无干扰导电网络的多层仿生可调谐应变传感器，用于机器学习辅助手势识别

Advanced Functional Materials (IF 18.5) 

Zhengzhou University

能够获取微小机械信号并连接到各种不规则表面的柔性应变传感器在生理测量、软机器人和人机交互中越来越普遍。然而，柔性应变传感器的发展在很大程度上受到了灵敏度和可检测信号范围之间内在妥协的阻碍。受自然界珍珠层多层结构的启发，通过静电纺丝和高压喷涂技术制备了碳纳米管 （CNT）/石墨烯 （GR）/热塑性聚氨酯 （TPU） 垫 （CGGTM）。通过设计具有相互无干扰导电网络的多层结构，所得的 CGGTM 具有低检测限（0.05% 应变）、高灵敏度（应变系数，GF > 152537）、大检测范围（高达 364% 的应变）、快速响应/恢复时间（80 ms/100 ms）和出色的循环耐久性（高达 1000 次循环）。此外，当组装成摩擦纳米发电机 （TENG， 3 × 3 cm²） 时，CGGTM 还表现出令人满意的摩擦电性能，包括高摩擦电输出（开路电压 Voc = 135.4 V，短路电流 Isc = 1.25 μA）和功率密度 （88 mW m^-2），实现可靠的电源、自供电传感和脉冲监测能力。最后，CGGTM 成功应用于机器学习算法辅助的生物信号收集和多手势运动识别，有望在未来与手势进行智能交互。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202416911

责编：+76

Pub Date : 2024-10-30

DOI:10.1016/j.nanoen.2024.110301

Deep-learning-assisted self-powered wireless environmental monitoring system based on triboelectric nanogenerators with multiple sensing capabilities

基于具有多种传感能力的摩擦纳米发电机的深度学习辅助自供电无线环境监测系统

Nano Energy (IF 16.8) 

Northwestern Polytechnical University

自摩擦纳米发电机 （TENG） 发明以来，研究人员一直使用这项技术来促进环境能量（如风和振动）的收集，以及环境参数（如风速和地质变化）的传感，从而开发出自供电环境监测系统。尽管如此，复杂多变的自然环境要求系统不仅要完成广泛的监控任务，还要提供远程和即时的无线传感功能。本工作提出了一种基于可配置旋转开关 TENG （RS-TENG） 的自供电无线环境监测系统，该系统集成了深度学习算法，能够进行多参数环境监测。RS-TENG 可以处理风并记录速度信息;安装在桥梁上的电容式应变传感器和在山上镀层的电感式重量传感器也被认为是自然环境中多参数监测的监测节点。谐振电路和尖端放电结构允许无线信号稳定传输，这些信号将重要的桥梁构件变形和落石信息传输到用户界面以供决策。借助深度学习算法，该系统可以检测桥梁组件的变形状态和落石警告信号，并确定定义的水平。通过采用共享风杯，RS-TENG 允许节点为电子设备供电，同时实现全自动无线风监测。此外，该环境监测系统构建了一个用户友好的可视化界面，允许用户分配监测任务并获得合理的结果。这项工作为TENG技术在复杂和特定自然环境中的自供电无线环境监测中的应用提供了一个范例。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110301

责编：+76

Pub Date : 2024-10-30

DOI:10.1002/smll.202407896

Significantly Enhanced Output Performance of Triboelectric Nanogenerators via Charge Storage and Release Strategy

通过电荷存储和释放策略显著提高摩擦纳米发电机的输出性能

Small (IF 13.0) 

Changchun University of Technology

作为一种新颖的能量收集技术，提高摩擦纳米发电机 （TENG） 的输出性能至关重要。尽管已经提出了许多提高电荷密度的方法，但高阻抗匹配和低输出电流等挑战仍然存在，严重限制了 TENG 的能量利用效率。在这里，提出了一种新的电源管理电路 （PMC），通过电荷存储和释放策略。该电路首先使用电荷激励电路激发 TENG 的表面电荷，然后通过自触发开关释放存储的电荷。与标准 TENG 相比，采用该 PMC 的 TENG 的输出电流增加了 1108 倍，阻抗从 100 MΩ 降低到 10 kΩ，能源利用效率显著提高。这项工作为提高 TENG 的输出性能、降低阻抗和拓宽 TENG 的实用性提供了参考。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202407896

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