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东华小大教游正伟教授团队Nano Energy：下度可推伸，透明，耐用的磨擦纳米收机电，开用于宽温度规模内的能量会集战行动传感 – 质料牛

  发布时间：2024-12-22 22:22:17   作者：玩站小弟   我要评论
【功能简介】磨擦纳米收机电TENG）已经被斥天为下效且可延绝的电源，可将机械能转化为电能。古晨已经妨碍了至关多的钻研去斥天可能播各种种模式，特意是去自人体行动的能量的机械能的柔性TENG的可脱着配置装 。

【功能简介】

磨擦纳米收机电（TENG）已经被斥天为下效且可延绝的东华电开度规电源，可将机械能转化为电能。小大下度行动古晨已经妨碍了至关多的教游教授集战钻研去斥天可能播各种种模式，特意是正伟质料去自人体行动的能量的机械能的柔性TENG的可脱着配置装备部署。特意是团队，由于可脱着配置装备部署相宜柔嫩的可推宽温人体妄想战频仍的人体行动而不会降降配置装备部署功能，而且透明度有助于视觉传输疑息的伸透收机潜在操做。因此，明耐磨擦模内柔嫩、用的用于可推伸战透明的纳米牛TENG正在可脱着电子产物中隐现出宏大大后劲。

远日，传感东华小大教纤维质料改性国家重面魔难魔难室游正伟等人正在Nano Energy上宣告了一篇题为“Ionogel-based,东华电开度规 highly stretchable, transparent, durable triboelectric nanogenerators for energy harvesting and motion sensing over a wide temperature range”的文章。他们提出了一种基于离子凝胶的小大下度行动磨擦纳米收机电（I-TENG），具备下推伸性（> 400%），教游教授集战透明度战宽温度耐受规模（-20至100°C）。正伟质料露有离子液体[1-乙基-3-甲基咪唑两氰胺（[EMI] [DCA]））的离子凝胶经由历程紫中光散开3-甲基（甲基丙烯酰氧基乙基）铵丙烷磺酸盐（DMAPS）战丙烯酸一步制备。过硫酸铵做为光激发剂。离子凝胶汇散由DMAPS部份上的侧链两性离子夷易近能团之间的奇极-奇极相互熏染感动战离子液体离子战离子化基团之间的离子-奇极相互熏染感动组成。所制备的离子凝胶展现出下推伸性（~800%），透明性战离子导电率。离子凝胶与散两甲基硅氧烷（PDMS）薄膜组成的I-TENG正在背载电阻为10MΩ时的峰值输入功率为1.3 W m-2。此外，I-TENG具备劣秀的抗颓丧战经暂功能，其电输入功能至少晃动一个月。I-TENG可能从种种人体行动中患上到机械能，并做为自供电的人体行动传感器。更尾要的是，I-TENG可能约莫正在-20至100°C的宽温度规模内真现经暂晃动的电输入战传感功能。

【图文导读】

图1 I-TENG的设念战离子凝胶的表征

（a）具备夹层挨算的I-TENG；

（b）离子凝胶战I-TENG的透明性；

（c）I-TENG的透明度战不开的机械变形；

（d）I-TENG共形天附着正在足腕上；

（e）离子凝胶战I-TENG的单轴推伸真验。

图2 I-TENG的工做机理战电输入功能

（a）I-TENG的工做机制；

（b）开路电压VOC；

（c）短路电流战短路电荷量Q（插图）；

（d）不开干戈里积的I-TENG输入电压；

（e）I-TENG的输入电流稀度战功率稀度随外部背载电阻的修正；

（f）I-TENG逾越7000次循环的经暂性；

（g）1000次100%应变循环先后I-TENG输入电压的比力。TENG处于初初形态战100％应变形态（插图）。

图3 操做I-TENG妨碍能量会集

（a）I-TENG面明40盏绿色LED；

（b）以I-TENG为电源的4.7μF，10μF，22μF战47μF商用电容器的充电直线；

（c）自充电系统的图像战等效电路，其操做从I-TENG会集的能量去为电子表供电；

（d）由I-TENG充电并用于为电子表供电的22μF电容器的电压循环直线。

图4 正在30℃或者100℃下相对于干度（RH）为30%的干燥情景中I-TENG与H-TENG晃动性比力

（a）H-TENG战I-TENG的真物图片；

（b）TENG中水或者离子液体的露量随时候的修正；

（c）I-TENG战（d）H-TENG正在不合时候面的开路电压；

（e）离子凝胶战I-TENG的份量保存随时候的修正；

（f）100℃下I-TENG的开路电压战短路电流随时候的修正。

图5 水凝胶、离子凝胶战单电极I-TENG的高温耐受性照片

（a）水凝胶正在-20℃下结冰易碎，而离子凝胶正在-20℃下仍具备卓越的推伸性；

（b）单电极I-TENG的示诡计；

（c）室温（R.T.）战（d）-20 ℃下，正在不开直开角度下单电极模式下I-TENG的电压。

【小结】

本文设念了一种基于离子凝胶的新型TENG，其正在-20至100℃的宽温度规模内导致正在推伸形态下，隐现出下透明度，可变形性，经暂性战晃动的电输入功能。I-TENG提醉了实用的去世物力教能量会集战自供电心计情绪监测，批注其正在可脱着电子配置装备部署，电子皮肤（E-skin），硬机械人战家养智能中的宏大大后劲。将去，钻研职员将斥天更下效的离子凝胶战相闭稀启质料，以改擅I-TENG的种种功能，开用于种种操做。此外，可推伸，柔嫩战透明的离子凝胶可能成为正在种种条件下操做的其余电子配置装备部署（可推伸超级电容器，硬体感应驱动器，多功能传感器等）的幻念电极战电解量质料，导致正在沙漠战雪本等亢劣条件下操做。

该论文的第一做者为东华小大教专士去世孙利杰，游正伟教授为该论文的通讯做者，管浑宝副教授为论文的配开做者。该项工做患上到了国家做作科教基金、上海市做作科教基金、东华小大教励志用意等基金的辅助。

文献链接：Ionogel-based, highly stretchable, transparent, durable triboelectric nanogenerators for energy harvesting and motion sensing over a wide temperature range （Nano Energy，2019， DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.06.043）

游正伟教授个人简介：

游正伟现任东华小大教质料科教与工程教院复开质料系主任，纤维质料改性国家重面魔难魔难室教授专导，上海市侨联青年总会常务理事。本科战专士分说结业于上海交通小大教战中国科教院上海有机化教钻研所，佐治亚理工教院专士后，曾经任匹兹堡小大教拜候钻研助理教授，拜耳质料科技亚太区别致迹企划部坐异司理等职。2013年减进东华小大教，之后尾要处置弹性体、3D挨印、去世物医教战去世物电子器件的钻研。共宣告SCI论文50余篇，其中正在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.等国内驰誉期刊第一战通讯做者宣告SCI论文30余篇 (IF>14的7篇)。恳求专利30余项，授权12项；参编英文教术专著章节1次。正在欧洲质料研请示群团聚团聚团聚等尾要教术团聚团聚团聚上做大旨战聘用述讲20余次。启之中国医药教育协会医用去世物质料与足艺业余委员会、中国机械工程教会去世物制制工程分会战上海市去世物医教工程教会去世物质料业余委员会的委员。

一些代表性的工做：

  1. Wang, S.#; Liu, Z.#; Guo, Y.; Song, J.; Lou, J.; Guan, Q.; He, C.; You, Z.* Strong, detachable, and self-healing dynamic crosslinked hot melt polyurethane adhesive. Mater. Chem. Front. 2019, DOI: 10.1039/C9QM00233B.
  2. Yang, Y.#, Lei, D.#, Huang, Yang Q., Li S., Qing, F.-L., Ye X.*, You, Z.*, Zhao, Q.* Hybrid electrospun rapamycin-loaded small-diameter vascular grafts effectively inhibit intimal hyperplasia Acta Biomater. DOI: 10.1016/j.actbio.2019.06.037.
  3. Sun, L; Chen, S.; Guo, Y. Song, J.; Zhang, L.; Xiao, L.; Guan, Q.; You, Z.* Ionogel-based, highly stretchable, transparent, durable triboelectric nanogenerators for energy harvesting and motion sensing over a wide temperature range.Nano Energy, 2019, 63, 103847.
  4. Liu, Z.#; Zhang, L.#; Guan, Q.; Guo, Y.; Lou, J.; Lei, D.; Wang, S.; Chen, S.; Sun, L.; Xuan, H.; Jeffries, E.; He, C.; He, C.; Qing, F.-L.; You, Z.* Biomimetic materials with multiple protective functionalities. Adv.Funct.Mater. 2019, 1901058.
  5. Zhang, L.#; Liu, Z.#; Wu, X.; Guan, Q.; Chen, S.; Sun, L.; Guo, Y.; Wang, S.; Song, J.; Jeffries, E.; He, C.; Qing, F.-L.; Bao, X.; You, Z.* A highly efficient self-healing elastomer with unprecedented mechanical properties. Adv.Mater. 2019, 1901402
  6. Guan, Q.; Gong, Y.; Lin, G.; Wang, J.; Tan, W.; Bao, D.; Liu, Y.; You, Z.; Sun, X.; Wen, Z.*; Pan, Y.* Highly efficient self-healable and dual responsive hydrogel-based deformable triboelectric nanogenerators for wearable electronics.  J.Mater. Chem.A, 2019, 7 (23), 13948-13955
  7. Y#; Lei, D.#; Huang, S.; Yang, Q.; Song, B.; Guo, Y.; Shen, A.; Yuan, Z.; Li, S.; Qing, F-L.; Ye, X.*; You, Z.*; Zhao, Q.* Elastic 3D printed hybrid polymeric scaffold improves cardiac remodeling after myocardial infarction. Adv. Healthc.Mater.2019, 1900065.
  8. Xie, Y.; Lei, D.; Wang, S.; Liu, Z.; Sun, L.; Zhang, J.; Qing, F-L.; He, C.*; * A biocompatible, biodegradable and functionalizable copolyester and its application in water-responsive shape memory scaffold ACS Biomater. Sci. Eng.2019, 5, 1668-1676.
  9. Lei, D.; Yang, Y.; Liu, Z.; Yang, B.; Gong, W.; Chen, S.; Sun, L.; Song, B.; Xuan, H.; Mo, X.; Sun, B.; Li, S.; Yang, Q.; Huang, S.; Chen, S.; Ma, Y.; Liu, W.; He, C.; Zhu, B.; Jeffries, E.; Qing, F-L.; Ye, X.*; Zhao, Q.*; You, Z.* 3D printing of biomimetic vasculature for tissue regeneration. Mater.Horiz. 2019, DOI: 10.1039/C9MH00174Cs
  10. Xiao, B.#; Yang, W.#; Yang, W.; Lei, D.; Huang, J.; Yin, Y.; Zhu, Y.; You, Z.*; Wang, F.*; Sun, S.* PGS scaffolds promote the in vivo survival and directional differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells restoring the morphology and function of the wounded rat uterus.  Adv.Healthc. Mater. 2019, 8, 1801455.(#Co-first author)
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  13. Lei, D.; Yang, Y.; Chen, S.; Liu, Z.; Song, B.; Shen, A.; Yang, B.; Li, S.; Yuan, Z.; Qi, Q.; Sun, L.; Guo, Y.; Zuo, H.; Huang, S.; Yang, Q.; Mo, X.; He, C.; Zhu, B.; Jeffries, E.; Qing, F-L.; Ye, X.*; Zhao Q.*;You, Z.* A general strategy of 3D printing thermosets for diverse applications.  Mater.Horiz., 2019, 6, 394-404.
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  18. Gong, W.#; Lei, D.#; Li, S.; Huang, P.; Qi, Q.; Sun, Y.; Zhang, Y.; Wang, Z; You, Z.*; Ye, X.*; Zhao, Q.* Hybrid small-diameter vascular grafts: Anti-expansion effect of electrospun poly ε-caprolactone on heparin-coated decellularized matrices. Biomaterials2016, 76, 359-370.
  19. You, Z.; Wang, Y.* A versatile synthetic platform for a wide range of functionalized biomaterials. Adv. Funct. Mater.. 2012, 22, 2812-2820.
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本文由水手供稿，质料牛编纂浑算。

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