利用含有纤维素纳米晶的电纺PVDF-HFP纳米纤维膜提升摩擦纳米发电机的性能

《ACS Applied Energy Materials》：Enhanced Triboelectric Nanogenerator Performance Using Cellulose Nanocrystal-Incorporated Electrospun PVDF-HFP Nanofibrous Membranes

通过电纺制备TPU纳米纤维膜与CNC/PVDF-HFP复合纳米纤维膜组装的摩擦纳米发电机，添加二极性CNC提升介电常数和工作函数差异，实现281.5V开路电压、5.92W/m2功率密度，可稳定驱动电子设备18,000次循环。

　　

在这项研究中，通过静电纺丝法制备了以热塑性聚氨酯（TPU）纳米纤维膜作为正摩擦层，以及以纤维素纳米晶体（CNC）/聚（偏二氟乙烯-六氟丙烯）（CNC/PVDF-HFP）复合纳米纤维膜作为负摩擦层的摩擦电纳米发电机（TENG）。加入偶极性的CNC纳米颗粒后，提高了CNC/PVDF-HFP膜的介电常数，并增大了其与TPU层之间的功函数差，从而增强了接触-分离过程中的电荷生成效果。与原始的PVDF-HFP基TENG相比，CNC/PVDF-HFP基TENG的电性能显著提升。在最佳CNC浓度下，优化后的CNC/PVDF-HFP膜实现了最大的开路电压（V_OC）、短路电流密度和转移电荷量，分别为281.5 V、54.27 μA和95 nC。在外部负载电阻为19.3 MΩ时，其最大输出功率密度达到5.92 W m^–2。在50 N的施加力作用下、5 Hz的频率下运行时，CNC/PVDF-HFP基TENG能够成功为LED灯和电子手表等电子设备供电，并且在18,000次接触-分离循环过程中保持了稳定的开路电压（V_OC）性能。