基于半纤维素水溶性复合膜的摩擦电纳米发电机在柔性电子器件中的创新应用

为解决半纤维素固有摩擦电极性低的问题，研究人员通过自由基接枝共聚将丙烯酰胺(AM)单体引入半纤维素骨架，开发出HC/PAM4复合膜。该材料动态氢键/共价键网络协同增强机械性能（10±2 MPa强度），氨基强供电子特性使摩擦电输出提升至81 V电压、49 mW/m2功率密度，实现人体运动精准监测，且可通过水溶解循环再生5次性能稳定，为可穿戴自供能传感器提供环保解决方案。

　　

可生物降解的半纤维素(hemicellulose)因其多羟基结构被视为极具潜力的摩擦正电材料，但本征低电极性制约了其在柔性穿戴传感系统的应用。最新研究通过自由基接枝共聚反应，将丙烯酰胺(AM)单体精准锚定在半纤维素骨架上——氨基强供电子特性显著增强分子极化，而动态氢键/共价键交联网络通过优化内聚能，同步提升材料机械强度（抗疲劳/热膨胀）和电荷转移效率，使宏观摩擦电性能产生飞跃。

基于HC/PAM₄复合膜的摩擦电纳米发电机(TENG)在1 Hz频率下可实现81 V开路电压、6.6 μA短路电流和10 nC转移电荷，峰值功率密度达49 mW/m²。该自供能器件通过解析特征信号波形，可精准识别人体运动状态。更妙的是，材料凭借动态氢键实现水溶解-干燥循环再生，在5次循环后仍保持稳定性能：水溶时间(140±2秒)、拉伸强度(10±2 MPa)和断裂伸长率变化(<5%)，展现卓越的环境稳定性。这项研究为提升生物基摩擦电材料性能提供了创新范式，推动可穿戴自供能传感器向环保型智能设备进化。