利用SrBi4Ti4O15/PDMS柔性摩擦电纳米发电机开发实时的、基于物联网的下一代火灾报警系统

《Materials Horizons》：Developing real-time IoT-enabled next-generation fire alarm systems using SrBi4Ti4O15/PDMS flexible triboelectric nanogenerators

柔性三极纳米发电机（TENG）通过复合层结构（SrBi4Ti4O15/PDMS与果胶层协同作用）实现高输出电压（375.7V）、电流（20.8μA）及功率密度（12.5W/m2），最佳参数为7wt%填充率和5Hz频率，具备超耐久机械性能（>10,000次循环）和适应高湿度环境（45-90% R.H），并集成物联网模块实现无电池自主火灾报警系统。

　　

在物联网（IoT）和可穿戴设备中，可持续、自主、适应性强且具有下一代特性的柔性电子系统的出现，推动了能量收集技术的创新发展。尽管存在多种能量收集技术，但摩擦电纳米发电机（TENGs）已成为为智能且紧凑型电子设备供电的潜在选择。本研究重点关注高性能TENGs的制备，这些TENGs由嵌入聚二甲基硅氧烷（PDMS）中的SrBi₄Ti₄O₁₅（SBTO）复合层以及一种生物相容性的天然果胶聚合物层组成。利用SBTO的协同介电增强效应、无铅的Aurivillius型钙钛矿材料以及果胶的电荷积累特性，该TENG在最佳条件下实现了卓越的电性能：输出电压达到375.7伏特，输出电流为20.8微安，功率密度为12.5瓦/平方米。当填料浓度为7 wt%且工作频率为5赫兹时，电荷传输效率达到最高。经过封装后，这些设备表现出优异的机械耐用性（超过10,000次循环）、环境稳定性（超过30天）和耐湿性（相对湿度45–90%）。此外，将TENGs集成到自主火灾报警系统中，通过集成无需电池的Wi-Fi和蓝牙模块，证实了其实时感知和通知功能。该系统能够在紧急情况下，通过人工触发方式提供及时且位置精确的警报。这项工作展示了柔性TENGs的可扩展设计，为离网或高风险环境中的自主火灾检测提供了一种独特的解决方案。