研究背景 小型化、集成化和智能化的柔性电子在健康监测、人机交互、元宇宙等领域吸引了越来越多的关注。摩擦纳米发电机(TENG)能够将人体运动的机械能转换成电能，再加上其本征柔性、生物兼容性和易于小型化，是解决柔性可穿戴设备持续性供能问题的一种理想方案。目前，已经报道了通过材料选择、电荷注入、结构设计和系统优化来提高TENG性能，其中材料设计是提高TENG输出性能的最有效途径之一。TENG可以划分为4个代表层：电荷产生层，电荷捕获层，电荷收集层和电荷存储层。相比于传统层状结构，如何将电荷产生层和电荷捕获层，甚至电荷收集层集成到一起仍然面临着巨大挑战。
文章简读 本工作中，作者设计了一种具有仿瓦片纳米结构的MXene/PMMA复合电极，用于增强柔性TENG的输出性能并用于无线人体健康监测。这种通过自组装形成的MXene/PMMA多功能薄膜，表现出导电性强，充电能力好和柔韧性强的优点，因此，该MXene/PMMA可以同时作为电荷产生、电荷捕获和电荷收集层。另外，可以通过调整PMMA的浓度来调整纳米结构，进而调控电荷捕获能力。当PMMA的质量分数为4%时，MXene/PMMA基TENG的输出性能达到了最优，输出功率相比纯MXene基TENG提高了20倍。该MXene/PMMA基柔性TENG可以和自开发的电路系统，手机APP集成为无线传输系统，用于实时监测人体关节运动信号。该性能增强的TENG有应用于健康监测，远程医疗和自驱动系统的潜力。
图文赏析
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图1. MXene/PMMA复合材料制备流程图。
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图2. MXene/PMMA复合材料性能表征
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图3. MXene/PMMA基摩擦纳米发电机输出性能
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图4. MXene/PMMA基摩擦纳米发电机电荷分布及机理解释
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图5. 用于监测人体运动的无线自驱动系统
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小型化、集成化和智能化的柔性电子在健康监测、人机交互、元宇宙等领域吸引了越来越多的关注。摩擦纳米发电机(TENG)能够将人体运动的机械能转换成电能，再加上其本征柔性、生物兼容性和易于小型化，是解决柔性可穿戴设备持续性供能问题的一种理想方案。目前，已经报道了通过材料选择、电荷注入、结构设计和系统优化来提高TENG性能，其中材料设计是提高TENG输出性能的最有效途径之一。TENG可以划分为4个代表层：电荷产生层，电荷捕获层，电荷收集层和电荷存储层。相比于传统层状结构，如何将电荷产生层和电荷捕获层，甚至电荷收集层集成到一起仍然面临着巨大挑战。
本工作中，作者设计了一种具有仿瓦片纳米结构的MXene/PMMA复合电极，用于增强柔性TENG的输出性能并用于无线人体健康监测。这种通过自组装形成的MXene/PMMA多功能薄膜，表现出导电性强，充电能力好和柔韧性强的优点，因此，该MXene/PMMA可以同时作为电荷产生、电荷捕获和电荷收集层。另外，可以通过调整PMMA的浓度来调整纳米结构，进而调控电荷捕获能力。当PMMA的质量分数为4%时，MXene/PMMA基TENG的输出性能达到了最优，输出功率相比纯MXene基TENG提高了20倍。该MXene/PMMA基柔性TENG可以和自开发的电路系统，手机APP集成为无线传输系统，用于实时监测人体关节运动信号。该性能增强的TENG有应用于健康监测，远程医疗和自驱动系统的潜力。
图1. MXene/PMMA复合材料制备流程图。
图2. MXene/PMMA复合材料性能表征
图3. MXene/PMMA基摩擦纳米发电机输出性能
图4. MXene/PMMA基摩擦纳米发电机电荷分布及机理解释
图5. 用于监测人体运动的无线自驱动系统
发展历程
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