DOI:10.1016/j.cej.2020.125526 

摩擦电纳米发电机（TENG）实现了一种新型能量收集技术，由于其高输出功率密度，在自供电电子设备领域引起了极大的关注。在这项研究中，将氧化锌纳米线（ZnO NWs）掺入电纺聚偏氟乙烯（PVDF）和尼龙11纳米纤维中，构建了基于PVDF-ZnO NWs/尼龙-ZnO NWs的新型TENGs。研究表明，ZnO NWs在静电纺丝过程中沿纤维轴排列。由于静电纺丝技术，在纤维中还实现了聚合物链与ZnO NWs的协同相互排列，从而促进了PVDF的高极性结晶β相和尼龙δ′相的形成。在10-20 MΩ的外部负载下，掺入ZnO NWs的PVDF/尼龙11摩擦纳米发电机的最大功率密度高达3.0 W/m2。所制备的TENG具有改善的输出性能，可直接用于减轻100多个LEDs的重量。ZnO NWs的掺入还改善了其热稳定性和机械性能，例如PVDF和尼龙11纤维膜的拉伸强度和弹性模量。这项工作为便携式电子设备提供了一种有效且可持续的电源。

图1.（a）制备PVDF-ZnO NWs-ES的示意图。（b）PVDF-ZnO NWs-ES和（c）尼龙-ZnO NWs-ES的SEM图像。（b）和（c）中的插图显示了TEM图像。（d）TENG的结构设计。（e）组装的TENG设备的照片。（f）摩擦电能产生过程的示意图。

图2.基于PVDF和尼龙的电纺膜的（a，d）XRD图、（b，e）FT-IR光谱和（c，f）DSC曲线。

图3.（a）基于PVDF的电纺膜和（b）基于尼龙的电纺膜的TG曲线，插图显示其DTG曲线。（c）PVDF基和（d）尼龙基电纺膜的应力-应变曲线。

图4.在最大瞬时给定力为100 N，频率为3.2 Hz的情况下，比较含和不含ZnO NWs的TENGs的开路电压、短路电流和转移电荷量，如（a、b和c）所示。如（d，e和f）所示，在相同的频率、不同的力下测量了含PVDF-ZnO NWs/尼龙-ZnO NWs的TENG。

图5.（a）PVDF-ZnO NWs/尼龙-ZnO NWs基TENG的瞬时峰值电压和功率与外部负载电阻的关系。用于（b）驱动LEDs和（c）充放电电容器的电路。（d）通过制备的TENG直接为168个连接的LEDs供电。（e）跺脚以点亮“EXIT”标志（如插图所示）。（f）用手指敲击各种电容器的充电曲线，插图显示由充电电容器供电的温度计。