一种基于MXene/PVA水凝胶的柔性多功能三角电纳米发电机

一、文章概述

摩擦电纳米发电机(TENGs)是一种能量收集、医疗和信息技术方面的新兴技术。它基于终端的灵活、便携式和自供电的电子器件是非常理想的，而传统柔性电极复杂的制备过程和高成本阻碍了其实际应用。这篇文章作者给我们介绍了一种MXene/聚乙烯醇(PVA)水凝胶TENG(MH-TENG)，其具有制造简单、高输出性能并且应用广泛等特点。MXene纳米片的掺杂促进了PVA水凝胶的交联，提高了复合水凝胶的可拉伸性。MXene纳米片也在表面形成微通道，这不仅通过改善离子的输运来提高水凝胶的电导率，而且还产生额外的三电输出 ，通过流式振动电位机制产生额外的摩擦电输出。

二、图文导读

图1.MXene/PVA水凝胶的微观结构图。

a)MXene的晶体结构示意图；b)通过透射电镜获得的MXene纳米片的低倍放大图像；c)来自图b)MXene纳米片的扩大边缘区域；d)一个SAED模式 MXene纳米片。

图2.MXene/PVA水凝胶的自愈合过程图。

当分裂在自然环境中的两部分连接在一起时，水凝胶愈合迅速、无缝。MXene/PVA水凝胶优异的自愈合和可拉伸性来自于MXene纳米片中丰富的表面官能团，这提供了额外的氢键结合位点，从而促进了PVA水凝胶的交联。

图3 .显示一级和二级交联网络的MXene/PVA水凝胶示意图。

虽然MXene纳米片可以与PVA水凝胶形成强氢键，但MXene纳米片的结构将保持不变，因此，MXene纳米片的表面可以看作是一个充满PVA分子链和大量水的微通道，当水摩擦MXene纳米片时，MXene纳米片的表面会携带负电荷，而在MXene表面附近的水会产生正电荷，形成双电层和微通道，处于平衡，没有外部振动。

图4.MH-TENG的结构示意图。

图5.Ti3C2Tx气凝胶和薄膜叠加结构示意图。

b)能量采集的单电极模式MH-TENG的工作原理；c)基于MXene/PVA水凝胶微通道的三电机理。当对MH-TENG施加压力时，微通道被压缩，然后水将流出微通道。流动的水会将正平衡离子从电双层的微通道排出，但在MXene表面仍保持负电荷。因此，外部电路中的自由电子将被排斥到地面上，同时在MXene纳米片上诱导相应的正电荷。因此，MXene纳米片不仅可以作为交联剂，提高PVA水凝胶的可拉伸性，而且还有助于形成微通道，促进摩擦电气化后MXene/PVA水凝胶中正离子的运输。

图6.MH-TENG用于感知不同的手写细节。

上图揭示了MH-TENG自主触觉传感器的良好特性，用于高度灵敏度的手写识别系统，图中使用的钢笔是一种聚氯乙烯塑料。MH-TENG可以根据笔尖的压力产生不同峰形状和数字的特殊电压信号。MH-TENG可以根据笔尖的压力产生不同峰形状和数字的特殊电压信号。

三、全文总结

综上所述，以MXene/PVA水凝胶为电极，制备了柔性、可伸缩的摩擦电纳米发电机。MXene纳米片不仅促进了PVA水凝胶的交联，而且在水凝胶内形成了微通道，增强离子传输，并通过微通道三体电的SVP机制诱导额外的输出。此外，MH-TENG的独立摩擦电材料可以与各种材料结合，在低频机械能采集方面显示出巨大的潜力。值得注意的是，MH-TENG是可降解和环保的，适合目前所提倡的环保理念。

本信息源自互联网仅供学术交流 如有侵权请联系我们立即删除