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中瑞典大学《AM》:工业化制备石墨涂层纸,用于能量收集和智能传感

材料分析与应用  · 公众号  ·  · 2024-12-20 16:34

正文


1 成果简介


三电纳米发电机(TENGs)是一种前景广阔的能量收集和自供电传感技术,具有广泛的应用前景。尽管其潜力巨大,但仍存在一些挑战,如需要具有成本效益的大面积电极和工程可持续三电材料,特别是考虑到欧洲即将对一次性工程塑料实施限制。 为了应对这些挑战, 本文, 中瑞典大 Renyun Zhang 等研究人员在 ADVANCED MATERIALS 》期刊 发表名为“ Engineering Triboelectric Paper for Energy Harvesting and Smart Sensing ”的论文, 研究 提出了工程纳米石墨涂层纸,作为可持续和高性能的三电层替代材料。此外,这种可以工业化生产的材料还可以替代金属电极。

纳米石墨与纸的结合,加上其大接触面积和固有的表面粗糙度,可在表面静电放电的驱动下实现超过 14 kW m-2 的超高功率密度。除了能量收集之外,还开发了用于地板和墙壁的智能传感器,可以检测到用于安全目的的移动,以及用于监测睡眠期间身体移动和生理活动的智能床单。这些研究结果凸显了这种工程纸在 TENG 和电极中作为工程塑料的环保型替代品的潜力,为未来的应用开辟了新的途径。

2 图文导读


图1、 NG@P 于TENG和智能传感。


图2、NG@P的制备流程。


图3、NG@P作为运动传感器。


图4、NG@P为智能工作图示。

3 小结


综上所述,作者开发了纳米石墨涂层牛皮纸 (NG@P) 作为一种新型的工程摩擦电纸,并在摩擦电纳米发电机 (TENG) 中证明了其作为摩擦电层和电极的有效性。这种材料为传统的工程聚合物和金属电极提供了一种可扩展、环保的替代品。NG@P 独特的表面结构可实现静电放电,从而使 TENG 的峰值功率密度超过 14 kW m 2 .利用 NG@P 的大表面积,我们使用两种不同的机制探索了它在运动传感器中的应用,这两种机制都产生了可喜的结果。此外,我们的研究表明,基于 NG@P 的 TENG 传感器在睡眠监测应用中非常有用,其功能类似于智能床单,不仅可以检测生理信号,还可以检测床上的身体活动。这种多功能能力超越了许多商用设备。我们的研究结果强调了 TENG 中 NG@P 等绿色材料的潜力,不仅可以作为传统塑料的可行替代品,还可以作为高级应用中的多功能组件。这项工作可以为能量收集领域可持续材料的进一步发展铺平道路。



文献:

https://doi.org/10.1002/adma.202416641


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