【每周科研(下)】基于模板法制备的疏水弹性结构摩擦电材料用于实时物质识别

Pub Date : 2024-11-07 

DOI:10.1021/acssensors.4c01799

Hydrophobic and Elastic Structural Triboelectric Materials Enabled by Template Method toward Real-Time Material Recognition

基于模板法制备的疏水弹性结构摩擦电材料用于实时物质识别

ACS Sensors (IF 8.2)

Hefei University

在本研究中，研究人员创新性地采用弹性微纳米结构设计，通过模板法制备出兼具疏水性和稳定性的摩擦电材料，其表面粗糙度与接触角分别达到89.9纳米和117.9度，实现了输出电压和电荷密度约65.8%和33.4%的显著提升。该材料在经历长时间水/乙醇浸泡及金属撞击测试后，仍展现出良好的信号耐久性。基于此，研究团队结合深度机器学习技术，开发了一套集成防湿摩擦电纳米发电机（TENG）传感器的材料感知系统，能够在自然环境下对多种材质实现高精度实时识别，如口罩、木板、塑料和橡胶的识别准确率分别达到约100%、76%、93%和89%。这一研究成果不仅为智能感知网络的发展提供了新材料基础，也预示着在人机交互领域具有广阔的应用前景，为构建更加智能、高效的感知系统迈出了重要一步。

原文链接：

https//doi.org/10.1021/acssensors.4001799

责编：猫学长

Pub Date : 2024-11-08 

DOI:10.1016/j.mattod.2024.10.011

Self-powered flexible electronic skin tactile sensor with 3D force detection

具有3D力检测功能的自供电柔性电子皮肤触觉传感器

Materials Today (IF 21.1) 

Jilin University

在本研究中，研究人员针对可穿戴电子设备快速发展对多功能感知自驱动传感器的需求，提出了一种创新性的解决方案。他们成功研发了一种丙烯酸酯（AA）-聚谷氨酸（PGA）水凝胶材料，该材料展现出与人体皮肤相似的机械性能。通过巧妙地将摩擦电纳米发电机（TENG）嵌入AA-PGA水凝胶基质中，研究人员构建了一种双模式柔性传感器，能够利用生物机械能进行多方向力感知。这一传感器展现出高灵敏度、高线性度、快速响应以及优异的稳定性。为验证AA-PGA水凝胶传感器的性能，研究团队设计了一款机器人手电子皮肤监测与分析系统原型。作为自驱动传感器，AA-PGA水凝胶传感器能够实时监测生理信号，如腕部脉搏检测和语音识别，同时在手写识别、步数计数以及呼吸监测等一系列个性化监测场景中持续展现出卓越的感知能力。展望未来，鉴于AA-PGA水凝胶传感器所展现出的优异性能，其在可穿戴传感器、生理监测以及人机交互领域具有广阔的应用前景。这一研究成果不仅为多功能自驱动传感器的设计提供了新的思路，也为推动可穿戴电子设备的进一步发展奠定了坚实的基础。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.10.011

责编：猫学长

Pub Date : 2024-11-08 

DOI:10.1016/j.nanoen.2024.110456

Arbitrary directional triboelectric nanogenerators: Advanced energy harvesting for sustainable future

任意方向的摩擦电纳米发电机：为可持续未来提供先进能量收集技术

Nano Energy (IF 16.8)

Jeju National University

在本综述研究中，研究人员聚焦于解决全球能源危机的一个前沿方案：从周围环境中高效捕获电能。摩擦电纳米发电机（Triboelectric Nanogenerators, TENGs）已被证实为从环境源中捕获电能的有效手段。然而，传统TENGs通常只能在固定固体表面上进行单向静电感应发电，这大大限制了其能量捕获的效率和应用范围。为克服这一局限，研究人员积极开发能够多向捕获能量的TENGs，旨在利用流水、海浪、风声以及人体等各种自然力来发电。本综述深入探讨了基于自由移动粒子、风雨以及海洋的TENGs最新进展，这些新型TENGs能够作为多向能量收集器，从任意方向的环境力中生成电能。研究不仅总结了这些新型TENGs的技术特点和实现方式，还深入分析了从任意方向捕获摩擦电能所面临的关键挑战，并展望了未来的发展方向。最后，通过SWOT分析（即优势、劣势、机会和威胁分析），全面评估了基于自由移动粒子、风/微风运动、降雨以及海洋波浪的TENG技术的潜力和局限性。这一研究成果不仅为TENG技术的多元化应用提供了理论基础和实践指导，也为推动环境能量收集技术的进一步发展和应用前景开辟了新的道路。未来，随着技术的不断进步和创新，基于多向能量捕获的TENGs有望在可再生能源领域发挥更加重要的作用，为缓解全球能源危机贡献新的力量。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110456

责编：猫学长

Pub Date : 2024-11-09

DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.136462

Highly air-permeable and dust-holding protective membranes by hierarchical structuring of electroactive poly(lactic acid) micro- and nanofibers

通过电活性聚乳酸微/纳米纤维的层次结构化构建高透气性和防尘保护性膜

Journal of Hazardous Materials (IF 12.2)

China University of Mining and Technology

在本研究中，研究人员针对可生物降解静电纺聚乳酸（PLA）纤维膜（FMs）在呼吸防护应用中因电驻极效应不佳和使用寿命短而受限的问题，提出了一种创新的微纳结合（Micro-on-Nano, MON）策略。他们成功制备了具有高度电活性的双尺度聚乳酸（DS-PLA）纤维膜，该膜由内层纳米纤维（667纳米）和外层微纤维（1.22微米）构成。为提升DS-PLA纤维膜的电驻极效应和电荷存储稳定性，研究人员引入了定制的Ag修饰BTO（Ag-BTO）介电材料。这一改进使得DS-PLA纤维膜的介电常数提升至1.40，表面电位达到11.4千伏，同时在10牛、0.5赫兹的条件下，摩擦电性能（输出电压）达到了34.2伏。这种独特的层级结构和显著的静电吸附效应协同作用，使得DS-PLA纤维膜在较低的压降（仅58.8帕）下实现了高PM过滤效率（PM2.5为99.10%，PM0.3为90.37%，气流速率为32升/分钟）。此外，得益于级联过滤机制，DS-PLA纤维膜的容尘量高达9.4克/平方米，是普通PLA纤维膜的3.2倍。结合卷积神经网络（CNN）技术，该系统能够高精度（96.7%）识别一系列呼吸模式。本研究不仅为高性能空气过滤和深度学习辅助呼吸监测提供了显著延长静电纺PLA过滤器使用寿命的有效途径，也为可生物降解材料在呼吸防护领域的应用开辟了新的研究方向。未来，随着材料科学和人工智能技术的不断进步，基于DS-PLA纤维膜的空气过滤和呼吸监测系统有望在实际应用中展现出更广阔的前景和更高的价值。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.136462

责编：猫学长

Pub Date : 2024-11-09 

DOI:10.1016/j.cej.2024.157551

Self-adhesive, mechanically strong, and conductive organogel for flexible/wearable electronics and underwater electronic skin

自粘、机械强度高且导电的有机凝胶，用于柔性/可穿戴电子设备和水下电子皮肤

Chemical Engineering Journal (IF 13.3)

Guangxi University

由于其柔韧性、自愈能力和生物相容性，导电水凝胶已成为柔性电子产品的绝佳候选者。然而，挑战仍然存在，例如暴露在空气中时水分蒸发，导致柔韧性和导电性丧失。此外，传统的水凝胶在水下会迅速膨胀，这会对其结构和电气特性造成不可逆转的损害。作为一种有前途的替代品，有机凝胶因克服这些缺点而受到关注。在这里，我们报道了一种使用紫外线引发聚合的透明、多功能有机凝胶，它表现出优异的粘附力、稳健性、电稳定性和界面稳定性以及超强的可拉伸性。通过调节双（三氟甲烷磺酰基）酰亚胺锂 （LiTFSI） 的浓度，可以很容易地将有机凝胶的电导率从不导电调节到导电，从而获得具有相同机械性能和由于相同组成聚合物链而具有优异附着力的非导电弹性体（NCE，不含 LiTFSI）和离子导电弹性体（ICE，含 LiTFSI）。这种独特的特性克服了传统柔性电子器件的接口失配问题。此外，设计了一种高性能摩擦纳米发电机 （TENG） （ICE-TENG），以实现 151.3 μW /cm² 的最大功率密度，用于为小型电子设备供电。此外，使用 ICE 构建了应变传感器，实现了高稳定性的水下传感和通信。这种多功能有机凝胶有望实现多功能人机交互。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157551

责编：无痕

Pub Date : 2024-11-09 

DOI:10.1002/adfm.202414395

A Self‐powered Tennis Training System Based on Micro‐Nano Structured Sensing Yarn Arrays

基于微纳米结构传感纱线阵列的自供电网球训练系统

Advanced Functional Materials （ IF 18.5 ）

Suzhou University

可穿戴传感设备可以可靠地跟踪运动员的活动能力，彻底改变运动训练。然而，电流传感电子设备由于其复杂的结构、对电池的依赖性和不可靠的传感信号而面临挑战。在这里，使用基于弹性自供电传感纱线的机器学习演示了网球训练系统。通过采用一种简单有效的策略，压电纳米纤维和摩擦电材料被集成到一根纱线中，从而能够同时转换摩擦电和压电信号。此外，这些纱线表现出出色的加工性能，使其能够被机器编织成自供电传感织物。由于它们具有极高的灵敏度，这些传感纱线和织物可以非常精确地检测人体运动。机器学习算法可以对这些信号进行分类和解释，以识别各种人体动作。开发的网球训练系统旨在最大限度地发挥其优势，并为球员和教练提供全面的培训。这项工作增强了自供电传感系统在智能运动监测和训练中的适用性，推动了智能运动训练领域的发展。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202414395

责编：无痕

Pub Date : 2024-11-09 

DOI:10.1002/advs.202410424

Real‐Time Wireless Detection of Heavy Metal Ions Using a Self‐Powered Triboelectric Nanosensor Integrated with an Autonomous Thermoelectric Generator‐Powered Robotic System

集成自主热电发电机供电机器人系统的自供电摩擦电纳米传感器用于实时无线检测重金属离子

Advanced Science (IF 14.3)

National Taiwan University

物联网 （IoT） 与先进传感技术的集成正在改变环境监测和公共卫生保护。在这项研究中，开发了一种完全自供电的自动化化学传感系统，并与机械手集成，用于“触摸和感应”检测水生环境中的有毒重金属离子（Pb2⁺、Cr⁶⁺、As3⁺）。该系统将自供电的固液摩擦纳米传感器 （SL-TENS） 与热电发电机 （TEG） 相结合，后者利用环境热量为机械手供电，无需外部电源。机械手通过外侧手进行无线控制，最大限度地减少了远程监测期间的暴露风险。传感组件使用涂有离子选择性膜 （ISM） 的氧化铜纳米线 （CuO NW） 来提高摩擦电输出并实现高选择性离子检测。该系统展示了对湖水中的有效实时现场检测以及无线传输给用户的数据。这种创新方法为检测难以进入区域的有害污染物提供了一种高度安全有效的方法，为无线和实时环境监测和危害预防提供了巨大潜力，从而有助于保护人类健康。本研究提出了支持 IoT 的环境监测系统领域的新进展。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202410424

责编：无痕

Pub Date : 2024-11-10 

DOI:10.1016/j.nanoen.2024.110463

Self-powered electroassisted photocatalysis for wastewater treatment

自供电电辅助光催化技术用于废水处理

Nano Energy (IF 16.8)

Jiangnan University

不断升级的水污染问题需要有效的废水处理方法，而能源限制要求通过有效的降解过程来减少能源消耗。电辅助光催化因其降解速度快、效率高而被广泛用于废水处理。采用自供电电源来增强光催化废水处理可以显著提高污染物的降解效率，同时降低能耗和整体系统成本。在自供电电源中，摩擦纳米发电机 （TENG） 具有巨大的前景，因为它能够有效地利用周围的机械能并将其转化为电能以支持光催化废水处理。本文全面综述了电辅助光催化废水处理的研究进展，阐明了其机理、电源和催化材料。它特别关注利用 TENG 作为功率辅助光催化进行废水处理的研究现状和发展前景。此外，本文深入探讨了催化材料的改性策略，旨在优化废水处理效率并加快污染物的降解速度。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110463

责编：无痕

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