AFM：利用具有微相分离结构域的结合富水两性离子水凝胶的耐湿可穿戴摩擦电纳米发电机

奇物论 · 公众号 · · 2025-01-01 21:47

正文

摩擦电纳米发电机（TENG）是一种将机械能转化为电能的有效方法，使其适用于可穿戴电子应用。水凝胶作为TENG电极很常见，但它们作为直接摩擦电层的用途仍然没有得到充分的探索。

于此， 浙江工业大学况太荣、陈枫等研究人员 合成了一种新型的两性离子单体3-{1-[6-（羟甲基）-2-甲基-3,8-二氧代-9-氮杂-4,7-二氧代癸-1-烯-12基]咪唑-3-鎓-3-基}丙烷-1-磺酸盐（VNIPS），并将其与丙烯酸（AA）和甲基丙烯酸两性离子磺基甜菜碱（SBMA）结合，以制备双网络两性离子水凝胶。

水凝胶是使用溶剂交换过程开发的，该过程促进了微相分离域的形成，显著提高了其机械强度（211.9 kPa，472.3%）、电导率（0.6 mS cm ^-1 ）和抗冻能力（-18.3°C）。此外，水凝胶的亲水基团与水分子相互作用，减少了潮湿条件下的电荷损失。当用作摩擦电正极层时，基于水凝胶的TENG实现了456 µC m ⁻ ² 的实质性电荷密度和464 mW m ⁻ ² 中的输出功率密度，同时保持了97 V的稳定开路电压（Voc），在80%相对湿度下保持了92%的保持率。

此外，水凝胶的强粘附性和生物相容性使其适用于可穿戴应用，如运动传感和莫尔斯电码通信。这项工作证明了两性离子水凝胶作为摩擦电材料的可行性，为制造高效、耐湿的能量采集器提供了一种新策略。

参考文献：

Y. Ding, H. Guo, M. Ouyang, G. Meng, F. Chen, T. Kuang, Humidity-Resistant Wearable Triboelectric Nanogenerator Utilizing a Bound-Water-Rich Zwitterionic Hydrogel With Microphase-Separated Domains. Adv. Funct. Mater. 2024, 2421164.

https://doi.org/10.1002/adfm.202421164

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王老师

198 2262 5523