近日，
陕西科技大学生物质与功能材料研究所王学川、刘新华、岳欧阳
等人报道了一种基于按需调整的负泊松比结构的高效摩擦电纳米发电机。本研究制备的基于负泊松比超材料的摩擦纳米发电机（
Auxetic-TENG
），成功克服了复杂弯曲操作中功率密度低与形变失配的集成问题，相比常用正泊松比材料可更高效吸收并转化机械能为电能，具有更优异的发电效率和检测灵敏度。相关研究成果发表于国际能源领域顶级期刊
Nano Energy
上。
图
1
Auxetic
-TENG
的结构及工作机理示意图
摩擦纳米发电机（
TENG
）的信号强度和功率密度提升一直是广泛研究的热点，主要集中在极性
/
介电
材料的选择和复杂结构设计方面。在结构设计方面，酸碱蚀刻、光刻、激光打印等技术代表了该领域的关键方向。然而，这些技术的高昂制备成本限制了
TENG
的广泛应用。负泊松比超材料是一类特殊的材料，其泊松比小于零，在外力作用下展现出与传统材料不同的力学特性。具体来说，在单轴压缩下，这些材料会发生横向收缩，而在单轴拉伸时则会横向膨胀。这种被称为
“
拉胀效应
”
的反直觉变形行为赋予了它们卓越的力学性能，并为负泊松比材料在
TENG
中的应用提供了潜在的基础。
在本研究中，采用具有负泊松比特性的硅胶弹性体作为基础框架，通过
N-(2-
氨乙基
)-3-
氨丙基三甲氧基硅烷改性的胶原聚集体作为正极摩擦材料，并引入高介电常数的钛酸钡纳米颗粒增强其介电性能。负极摩擦层则选用柔性优异的聚二甲基硅氧烷，通过特殊设计的微结构同步提升表面粗糙度与接触面积。这种拉胀结构与全优化摩擦材料的协同作用，使
Auxetic-TENG
在弯曲运动中实现机械能的高效捕获。负泊松比结构在单轴拉伸时产生的横向收缩效应，可将接触面积提升
40%
以上，同时结合
BTO
纳米颗粒介电增强效应和
PDMS
的弹性形变特性，使开路电压达到
47
V
，
较传统
TENG
提升
2.2
倍，功率密度达
145.3 mW·m⁻²
。独特的微凸结构设计通过增加表面电荷捕获位点，使电荷密度提升至
802 μC·m⁻²
，显著提升机电转换效率。该技术突破不仅解决了传统
TENG
在复杂弯曲工况下的形变失配问题，其拉胀效应诱导的横向位移机制更赋予器件优异的关节运动适配性在医疗监测领域，通过离子极化调控界面电荷转移，可实现对关节弯曲角度的高灵敏度检测，为可穿戴设备的自供电传感与实时健康监测提供了创新解决方案。
图
2
A
uxetic
-TENG
的应用场景及接触分离下的输出性能
图
3
A
uxetic
-TENG
弯曲形变下的输出性能
相关成果以
“
Efficient Triboelectric Nanogenerators with on-demand Auxetic Structure achieving Deformation Matching in Wearable Devices
”
为题发表在
Nano Energy
（
DOI: 10.1016/j.nanoen.2025.110648
）上。感谢国家自然科学基金
（
22308209
、
220708167
和
22108166
）、陕西省重点研发计划 （
2022GY-272
）、陕西省高校科学技术协会青年人才支持计划项目（
20200424
）
等
对本工作的大力支持！
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110648
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