基于仿生π–π相互作用的多功能摩擦电纳米发电机：动态共价交联技术用于材料识别与运动监测

《Advanced Functional Materials》：Multifunctional Triboelectric Nanogenerator Based on Biomimetic π–π Interaction Coordinated Dynamic Covalent Crosslinking for Material Recognition and Motion Monitoring

通过生物启发多尺度交联策略优化柔性电子用橡胶材料，集成动态共价网络与π-π堆积结构，实现高拉伸强度（9.88 MPa）、优异环境适应性及摩擦纳米发电机（4.2 W/m2）的高性能。添加石墨烯（7 wt%）增强导电性（0.37 S/m）和机械性能，支持材料识别准确率98.58%及实时人体运动监测。

　　

摘要

为同时提高橡胶材料在强度、弹性及环境适应性方面的性能，以满足柔性电子产品的需求，本文提出了一种基于生物启发的多尺度交联策略，以实现系统的性能优化。该策略借鉴了转运蛋白铰链中可逆的π-π相互作用机制，设计了一种将动态共价网络与π-π堆叠结构相结合的多尺度架构，使橡胶具备远超同类研究的机械强度、弹性保持能力和环境适应性。通过将丙烯酰胺接枝到苯乙烯-丁二烯橡胶链上引入极性基团，三(4-氨基苯基)胺作为引发剂引发脱氨聚合反应，形成稳定的、可逆调节的共价网络。该网络具有较高的拉伸强度（9.88 MPa）和较大的断裂伸长率（992%）。添加7 wt%的石墨烯后，形成了导电网络，显著提升了导电性（0.37 S m^?1）和强度（14.88 MPa），适用于柔性传感应用。π-π堆叠结构促进了石墨烯中π电子的移动，使得摩擦纳米发电机具有较高的功率密度（4.2 W m^?2），并且能在复杂环境中稳定运行。此外，该材料还实现了高精度的物质识别（通过机器学习达到98.58%的准确率）和实时人体运动监测功能。本研究为设计高性能、自供电的柔性电子设备及可穿戴健康监测设备提供了一种有效方法。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。