生物质废弃物衍生的分级多孔碳增强ZnS/PDMS基柔性混合压电-摩擦电纳米发电机用于能量收集与传感

为解决生物质废弃物资源化利用和柔性电子器件供能难题，研究人员开发了柑橘废料衍生的分级多孔活性碳(HPAC)增强ZnS/PDMS复合材料，构建出高性能混合压电-摩擦电纳米发电机(HPTENG)。该器件在2.5 wt.% HPAC掺杂量下实现≈190 V电压、≈26 μA电流及≈300 μW cm?2功率输出，成功应用于可穿戴设备供能和安防传感领域，为绿色能源技术提供新思路。

　　

这项突破性研究将柑橘果皮等生物质废弃物变废为宝，通过化学活化工艺制备出具有分级孔道结构的多孔活性碳(HPAC)。科研团队采用水热法合成纯相纤锌矿二维硫化锌(ZnS)纳米片，创新性地将HPAC作为导电填料掺入硫化锌/聚二甲基硅氧烷(ZnS/PDMS)复合材料。

基于渗流理论，HPAC的引入显著提升了复合材料介电性能。当HPAC含量优化至2.5 wt.%时，所构建的柔性混合压电-摩擦电纳米发电机(HPTENG)展现出卓越的电输出性能：开路电压≈190 V，短路电流≈26 μA，功率密度高达≈300 μW cm^?2。

该器件成功实现三大创新应用：

1）搭建自充电供电系统，驱动各类可穿戴/便携式电子设备

2）精准捕捉人体运动特征，产生具有运动模式特异性的电信号响应

3）作为自供电传感器应用于安防领域，无需外部电源即可工作

研究开创性地将农业废弃物转化为高性能能源材料，为柔性电子器件供能和智能传感提供了环保、低成本的解决方案，在绿色能源与物联网领域具有重要应用前景。