【每周科研（上）】用于机械设备监测的高灵敏度和高分辨率摩擦电声传感器

Pub Date : 2024-11-05

DOI:10.1002/smll.202407001

Development of Turbocharging‐Ability Hybrid Nanogenerators Comprising Bipolar PVDF‐HFP/MXene Electrospun Composites

开发由双极PVDF-HFP/MXene静电纺丝复合材料组成的涡轮增压能力混合纳米发电机

Small ( IF 13.0 )

Korea University of Technology and Education

耦合压电活性材料和摩擦电材料最近已成为开发高性能混合纳米发电机（HNG）的有效技术。这是第一篇报道通过传统静电纺丝制备压电活性聚（偏二氟乙烯-六氟丙烯）（PVDF-HFP）/MXene基混合复合纤维的论文。在这里，研究并优化了MXene含量（1-5%）对合成复合材料表面电位和电性能的影响。含有最佳性能复合材料（PMH3；含有3% MXene）的PVDF-HFP/3% MXene (PHM3)/尼龙12+A-rGo (NY2)-HNG展现出涡轮增压特性（在100秒内为10 µF电容器充电至16 V），并且能够持续驱动低功耗电子设备。有趣的是，PHM3（具有负表面电位）通过电晕极化转变为PPHM3（具有+2190 V的正表面电位）。这项研究提出了一类新的由双极PVDF-HFP/3% MXene复合材料（PHM3/PPHM3-HNG）组成摩擦层的HNGs，具有297 V和5.1 µA的优异输出性能，在能量收集方面展现出广阔的应用前景。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202407001

责编：Molly

Pub Date : 2024-11-05

DOI:10.1016/j.cej.2024.157423

Advances in carbon nanomaterial-based triboelectric wearable devices for human health monitoring

基于碳纳米材料的摩擦电可穿戴器件在人体健康监测中的应用进展

Chemical Engineering Journal ( IF 13.3 )

Jiangnan University

由于近年来各种传染病和流行病的频繁发生，人类健康监测越来越受到人们的关注。然而，传统电源的局限性和普通传感器的灵敏度不足阻碍了人类健康监测领域的发展。摩擦纳米发电机（TENG）不受功率限制，能够连续捕获人体产生的微小机械能并将其转换为电信号。这些发电机以其自供电、便携和高灵敏度的特性而著称，赋予电子设备增强的能量收集和多功能传感的能力。因此，它们成为人体监测领域可行且有前途的应用途径。碳纳米材料由于其独特的物理和化学特性，具有增加摩擦电荷密度和增强材料电荷存储能力的潜力。这增加了TENG在捕获、传输和转换能量方面的多功能性，最终提高了电输出性能。本文从不同角度讨论了碳基TENG的进展及其在人体监测中的应用，包括碳纳米材料的不同维度、TENG增强电输出能力的机制以及TENG在不同类型的人类监测中的应用。特别是，本文总结了有助于提高TENG输出性能的关键因素。同时，还讨论了当前TENG在人类监测应用中的局限性，并展望了旨在提高TENG适用性的未来趋势。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157423

责编：Molly

Pub Date : 2024-11-05

DOI: 10.1016/j.nanoen.2024.110450

High-Sensitivity and High-Resolution Triboelectric Acoustic Sensor for Mechanical Equipment Monitoring

用于机械设备监测的高灵敏度和高分辨率摩擦电声传感器

Nano Energy ( IF 16.8 )

Central South University

用于机械设备监测的传统传感器经常面临成本高、安装和拆卸困难以及依赖电源等挑战。在此，本文介绍了一种掺杂BaTiO₃的聚偏二氟乙烯（PVDF）纳米纤维膜，用于构建摩擦电声传感器（PB-TAS），该传感器的创新性设计用于监测和识别机械设备的工作条件。这是摩擦电声传感器在机械设备监测中的首次应用。PB-TAS具有20-20,000 Hz的超宽频率响应范围，有效地覆盖了活塞泵运行期间的特征频谱（2000  Hz以内）。它还在85 dB时表现出4.40 V Pa^-1的极高灵敏度，以及低至0.1 Hz的超高频分辨率，从而能够精确匹配活塞泵的声学特征频率。结合深度学习技术，PB-TAS实现了对活塞泵15种不同工况的实时识别，准确率高达95.2%。PB-TAS拥有卓越的灵敏度和频率分辨率，为液压活塞泵的智能监控提供了一种经济高效、小型化、自供电、非接触式和高精度的解决方案。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110450

责编：Molly

Pub Date : 2024-11-06

DOI: 10.1016/j.nanoen.2024.110451

Lead-free perovskite Cs₃Sb₂Cl₃I₆ via additive engineering for enhancing output performance of optoelectronic and triboelectric coupled nanogenerator

通过增材工程制备无铅钙钛矿Cs₃Sb₂Cl₃I₆用于提高光电和摩擦电耦合纳米发电机的输出性能

Nano Energy ( IF 16.8 )

Harbin Institute of Technology (Shenzhen)

基于钙钛矿的摩擦纳米发电机（TENG）正在成为有前途的可再生能源设备，它们自行实现光电和摩擦电耦合，以提高电输出。然而，由于钙钛矿的内部缺陷和薄膜质量的限制，耦合电输出容易受到低摩擦电和光电特性的影响。因此，在这项工作中，采用增材工程将聚环氧乙烷（PEO）聚合物引入无铅钙钛矿Cs₃Sb₂Cl₃I₆前驱体中，以调节晶体生长，钝化晶体缺陷并优化薄膜质量，从而协同优化光电和摩擦电性能。在光照下，通过光电和摩擦电耦合效应，未改性的Cs₃Sb₂Cl₃I₆基TENG的开路电压（V_OC）和短路电流（I_SC）分别为116 V和11.4 μA。相比之下，基于PEO改性的Cs₃Sb₂Cl₃I₆的TENG的V_OC和I_SC分别高达184 V和19.1 μA，分别提高了58.62%和67.54%。最大功率密度可达2.13 W m^-2。最重要的是，PEO改性的Cs₃Sb₂Cl₃I₆基TENG表现出优异的稳定性，可以在40天内保持其初始摩擦电输出的90.9%。这项工作宣称配体修饰是提高耦合TENG电输出的有效策略，为实现高性能钙钛矿基TENG，以及通过监测人体运动和环境光强度进行光热治疗提供了新的视角。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110451

责编：Molly

Pub Date : 2024-11-06

DOI:10.1016/j.nanoen.2024.110453

A Remote Monitoring System for Wind Speed and Direction Based on Non-Contact Triboelectric Nanogenerator

基于非接触式摩擦纳米发电机的风速风向远程监测系统

Nano Energy ( IF 16.8 )

China University of Geosciences (Beijing)

风速和风向传感器是物联网（IoT）中至关重要的传感器类别，在气象监测、建筑工程、交通工程和海洋工程等领域尤为重要。然而，电源仍然是这些传感器在大规模传感器网络中广泛应用的关键限制因素。本文提出了一种基于摩擦纳米发电机（SD-TENG）的自供电、非接触式风速和风向传感器。优化后的风速测量结构的启动风速低至0.2 m/s，在0.2-29 m/s的范围内具有良好的线性。此外，该传感器具有耐高温和耐湿性，在45°C的环境温度下电压衰减为2.4%，在95%的相对湿度下为9.8%。对于风向测量，非均匀电极的设计增强了不同通道的识别能力。为了满足远程监控的需求，我们设计了一种先进的信号处理电路，可以将风速传感器的原始输出直接转换为风速信息，并通过主机上传到云平台。该系统不仅实时记录和显示风速数据，还具有历史数据存储和报警功能，提高了风速监测的智能化和自动化水平。此外，用户可以通过计算机和移动设备访问和分析风速数据，确保系统的效率和可靠性。这项工作为智慧城市、清洁能源和环境监测的发展提供了至关重要的技术支持，从而促进了物联网技术在环境领域的应用和传播。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110453

责编：little yan

Pub Date : 2024-11-06

DOI:10.1002/adma.202412671

Sustainable Biopolymers in Eco‐Friendly Triboelectric Energy Harvesting

用于生态友好型摩擦电能收集的可持续生物聚合物

Advanced Materials ( IF 27.4 )

Guangzhou Institute of Blue Energy

基于生物聚合物的摩擦纳米发电机（B-TENG）代表了环保、可持续的能量收集技术与可再生、环保的生物聚合物材料的创新融合。这种整合不仅为推进绿色能源解决方案引入了新的途径，而且为应对当代环境挑战和促进可持续发展提供了关键方法。在过去的几年里，B-TENG在生物聚合物、设备架构及其应用领域（如植入式电源、电子医学、人体解剖和生理运动监测传感器等）取得了快速而显著的增长。在这篇综述文章中，概述了利用摩擦电生物聚合物的有前景的发展，列举了它们的代表性应用，评估了这些生物聚合物的优缺点，强调了未来研究的关键挑战，并为创新和实现先进的B-TENG提供了战略建议。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202412671

责编：little yan

Pub Date : 2024-11-07

DOI: 10.1088/2631-7990/ad8a25

A review for design, mechanism, fabrication, and application of magnetically responsive microstructured functional surface

磁响应微结构功能表面的设计、机理、制备和应用综述

International Journal of Extreme Manufacturing ( IF 16.1 )

Shenzhen Campus of Sun Yat-sen University

磁响应微结构功能表面（MRMFS）能够在磁致动下动态可逆地切换表面形貌，提供了一种无线、非侵入性和即时的方法来精确控制微尺度工程表面。在过去的十年中，已经进行了许多研究来设计和优化用于不同应用的MRMFS，并取得了重大进展。本文全面介绍了MRMFS的最新进展和潜在前景。我们首先根据MRMFS的形态将其分为一维线性阵列MRMFS、二维平面阵列MRMFs和动态自组装MRMFS。随后，概述了三种变形机制，包括磁致弯曲变形、磁致旋转变形和磁致自组装变形。总结了用于创建MRMFS的四种主要制造策略，包括复制成型、磁化诱导自组装、激光切割和铁磁流体注入法。此外，还介绍了MRMFS在液滴操纵、固体传输、信息加密、光操纵、摩擦电纳米发电机和软机器人技术中的应用。最后，讨论了限制MRMFS实际应用的挑战，并提出了MRMFS的未来发展。。

原文链接：https://doi.org/10.1088/2631-7990/ad8a25

责编：little yan

Pub Date : 2024-11-07

DOI:10.1038/s41378-024-00813-2

Deep learning-assisted object recognition with hybrid triboelectric-capacitive tactile sensor

基于混合摩擦电容触觉传感器的深度学习辅助物体识别

Microsystems & Nanoengineering ( IF 7.3 )

Shenzhen University

触觉传感器在机器人智能和人机交互中起着至关重要的作用。在这份工作中，我们提出了一种基于多孔PDMS的混合触觉传感器，该传感器集成了摩擦电传感单元和电容传感单元。摩擦电传感单元对抓取物体的表面材料和纹理敏感，而电容传感单元对物体的硬度做出响应。通过组合来自两个感测单元的信号，不仅可以在不同对象之间，还可以在不同状态下的同一对象之间实现触觉对象识别。此外，摩擦电层和电容器介电层都是通过相同的制造工艺制造的。此外，深度学习被用来帮助触觉传感器进行准确的物体识别。作为演示，使用这种混合触觉传感器实现了12个样本的识别，识别准确率达到98.46%。总体而言，所提出的混合触觉传感器在机器人感知和触觉智能方面显示出巨大的潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41378-024-00813-2

责编：little yan

编辑：Molly  |  审核：listen