一種基于MXene/PVA水凝膠的柔性多功能三角電納米發(fā)電機(jī)
一、文章概述
摩擦電納米發(fā)電機(jī)(TENGs)是一種能量收集、醫(yī)療和信息技術(shù)方面的新興技術(shù)。它基于終端的靈活、便攜式和自供電的電子器件是非常理想的，而傳統(tǒng)柔性電極復(fù)雜的制備過程和高成本阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。這篇文章作者給我們介紹了一種MXene/聚乙烯醇(PVA)水凝膠TENG(MH-TENG)，其具有制造簡單、高輸出性能并且應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。MXene納米片的摻雜促進(jìn)了PVA水凝膠的交聯(lián)，提高了復(fù)合水凝膠的可拉伸性。MXene納米片也在表面形成微通道，這不僅通過改善離子的輸運(yùn)來提高水凝膠的電導(dǎo)率，而且還產(chǎn)生額外的三電輸出 ，通過流式振動電位機(jī)制產(chǎn)生額外的摩擦電輸出。
二、圖文導(dǎo)讀
圖1.MXene/PVA水凝膠的微觀結(jié)構(gòu)圖。
a)MXene的晶體結(jié)構(gòu)示意圖；b)通過透射電鏡獲得的MXene納米片的低倍放大圖像；c)來自圖b)MXene納米片的擴(kuò)大邊緣區(qū)域；d)一個SAED模式 MXene納米片。
圖2.MXene/PVA水凝膠的自愈合過程圖。
當(dāng)分裂在自然環(huán)境中的兩部分連接在一起時，水凝膠愈合迅速、無縫。MXene/PVA水凝膠優(yōu)異的自愈合和可拉伸性來自于MXene納米片中豐富的表面官能團(tuán)，這提供了額外的氫鍵結(jié)合位點(diǎn)，從而促進(jìn)了PVA水凝膠的交聯(lián)。
圖3 .顯示一級和二級交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的MXene/PVA水凝膠示意圖。
雖然MXene納米片可以與PVA水凝膠形成強(qiáng)氫鍵，但MXene納米片的結(jié)構(gòu)將保持不變，因此，MXene納米片的表面可以看作是一個充滿PVA分子鏈和大量水的微通道，當(dāng)水摩擦MXene納米片時，MXene納米片的表面會攜帶負(fù)電荷，而在MXene表面附近的水會產(chǎn)生正電荷，形成雙電層和微通道，處于平衡，沒有外部振動。
圖4.MH-TENG的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5.Ti3C2Tx氣凝膠和薄膜疊加結(jié)構(gòu)示意圖。
b)能量采集的單電極模式MH-TENG的工作原理；c)基于MXene/PVA水凝膠微通道的三電機(jī)理。當(dāng)對MH-TENG施加壓力時，微通道被壓縮，然后水將流出微通道。流動的水會將正平衡離子從電雙層的微通道排出，但在MXene表面仍保持負(fù)電荷。因此，外部電路中的自由電子將被排斥到地面上，同時在MXene納米片上誘導(dǎo)相應(yīng)的正電荷。因此，MXene納米片不僅可以作為交聯(lián)劑，提高PVA水凝膠的可拉伸性，而且還有助于形成微通道，促進(jìn)摩擦電氣化后MXene/PVA水凝膠中正離子的運(yùn)輸。
圖6.MH-TENG用于感知不同的手寫細(xì)節(jié)。
上圖揭示了MH-TENG自主觸覺傳感器的良好特性，用于高度靈敏度的手寫識別系統(tǒng)，圖中使用的鋼筆是一種聚氯乙烯塑料。MH-TENG可以根據(jù)筆尖的壓力產(chǎn)生不同峰形狀和數(shù)字的特殊電壓信號。MH-TENG可以根據(jù)筆尖的壓力產(chǎn)生不同峰形狀和數(shù)字的特殊電壓信號。
三、全文總結(jié)
綜上所述，以MXene/PVA水凝膠為電極，制備了柔性、可伸縮的摩擦電納米發(fā)電機(jī)。MXene納米片不僅促進(jìn)了PVA水凝膠的交聯(lián)，而且在水凝膠內(nèi)形成了微通道，增強(qiáng)離子傳輸，并通過微通道三體電的SVP機(jī)制誘導(dǎo)額外的輸出。此外，MH-TENG的獨(dú)立摩擦電材料可以與各種材料結(jié)合，在低頻機(jī)械能采集方面顯示出巨大的潛力。值得注意的是，MH-TENG是可降解和環(huán)保的，適合目前所提倡的環(huán)保理念。
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