动物毛纤维基软接触摩擦电纳米发电机的电气化机制及关键性能因素

《Advanced Functional Materials》：Electrification Mechanism and Critical Performance Factors of Animal Fur Fiber-Based Soft-Contact Triboelectric Nanogenerators

摩擦纳米发电机（TENGs）利用表面处理提升输出但存在磨损和微塑料污染问题。本研究以天然动物毛为柔性摩擦层，开发出软接触毛基TENG（F-B TENG），并通过羊毛与兔毛复合制成CF-B TENG，实现220.76V低温稳定输出，经13万次循环衰减仅10.74%，有效降低环境负担并保持高性能。

　　

摘要

摩擦电纳米发电机（TENGs）作为一种自供电传感和能源供应技术正展现出巨大潜力，这得益于它们丰富的材料来源、简单的设计以及较低的成本。表面改性可以提升输出性能，但长期使用会导致磨损，从而影响稳定性和性能，并产生磨损颗粒和微塑料，加剧环境污染。本研究开发了一种基于天然动物毛发的柔软接触型摩擦电纳米发电机（F-B TENG），利用柔软的毛发作为摩擦电介质，实现了高输出的同时对环境的影响最小。文章探讨了柔软毛发摩擦层与固体电介质之间的电荷生成机制，重点研究了其结构、强度和尺度因素。通过结合羊毛和兔毛成分，研制出了一种高性能的复合毛发基摩擦电纳米发电机（CF-B TENG），其摩擦电输出性能相比F-B TENG有了显著提升。在多种旋转速度和方向下，CF-B TENG在-30°C的温度下仍能保持220.76伏的稳定输出。经过130,000次循环后，其输出仅下降了10.74%，充分体现了该复合毛发摩擦层的优异环境适应性和机械稳定性。这项工作为在保持高输出的同时减少环境污染提供了策略，有助于材料的选择，并拓展了摩擦电纳米发电机的应用领域。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。