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摘要
随着可穿戴电子设备的快速发展，微型高效的纳米能源发电技术的需求日益迫切。摩擦纳米发电机（TENG）技术能够将微小的机械能转化为电能，有望解决这一问题。作为TENG的核心部件，电极材料的选择对其性能影响深远。传统的金属电极材料通常存在耐久性差等问题，限制了TENG的进一步应用。而石墨烯作为一种新型电极材料，凭借其独特的结构和优异的电学特性，在TENG领域展现出极佳的应用前景。
关于文章
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近日，广东工业大学的陈新/陈云教授团队在前期激光诱导加工石墨烯及其器件的工作基础上（Small Methods, 2019(3): 1900208; Advanced Materials, 2021, 33, 2104290; Advanced Materials, 2022, 34: 202200517等），系统总结了基于石墨烯电极的TENG的最新研究进展与应用前景。文中介绍了石墨烯电极的多种精密加工方法，探讨了基于石墨烯电极的TENG在不同场景中的应用，并分析了石墨烯电极对TENG性能提升的作用。此外，还展望了基于石墨烯电极的TENG未来的发展，旨在推动其不断进步。
图1.基于石墨烯电极的TENG的最新研究进展
如图1所示，石墨烯电极的加工方法主要分为两类：自上而下和自下而上。自上而下方法从石墨材料出发，利用剥离等技术获得石墨烯；而自下而上方法则从较小的碳基前体材料入手，通过化学气相沉积（CVD）或激光诱导石墨烯（LIG）等方法逐层构建石墨烯。
在TENG的应用领域，基于石墨烯电极的TENG可广泛应用于能源收集、自供电传感器系统、TENG性能提升及其他潜在领域。在能源收集方面，基于石墨烯电极的TENG能够高效捕获风能、水能以及人体运动能，并将其转化为电能。在自供电传感器系统中，这种TENG可用于开发压力传感器、振动传感器和湿度传感器等多种自供电传感器。在提高TENG性能方面，石墨烯电极能够增强电荷存储能力、输出电压和电流，从而提升能量收集效率。此外，基于石墨烯电极的TENG在水净化、氢气生产和杀菌消毒等领域同样展现出潜在的应用价值。
图2. 石墨烯电极基TENG的发展前景
尽管基于石墨烯电极的TENG技术已取得显著进展，但仍面临一些挑战。这些挑战包括提高石墨烯电极的稳定性和耐久性、开发更环保高效的石墨烯制备方法以及将石墨烯电极与其他技术（如能量存储系统和物联网技术）集成。如图2所示，未来的发展方向将继续聚焦于这些挑战，以推动基于石墨烯电极的TENG技术进步，促使其在更多领域得到广泛应用。
这项研究以题为“Advances in graphene-based electrode for triboelectric nanogenerator”发表在国际知名期刊Nano-Micro Letters（IF=31.6）上。广东工业大学机电工程学院博士生谢斌为文章第一作者，论文通讯作者为陈云教授。研究工作依托省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室，广东工业大学为论文第一单位及第一通讯作者单位。
文章信息
Advances in graphene-based electrode for triboelectric nanogenerator
Bin Xie, Yuanhui Guo, Yun Chen*, Hao Zhang, Jiawei Xiao, Maoxiang Hou, Huilong Liu, Li Ma, Xin Chen, Chingping Wong
Nano-Micro Letters
DOI:10.1007/s40820-024-01530-1
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