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梳理:《Nano Energy》期刊7-12月关于“静电纺丝”重要研究进展
2021/1/5 9:29:19 易丝帮

1. 基于MXene功能化聚偏氟乙烯复合纳米纤维的高性能摩擦电纳米发电机

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➣本文首次提出可将电纺MXene(Ti3C2Tx)功能化聚偏氟乙烯(PVDF)复合纳米纤维作为一种提高摩擦电能量收集性能的极具潜力的负摩擦电层。

➣将Ti3C2Tx纳米片混合到PVDF基质中,然后采用标准的静电纺丝工艺,以改善纳米纤维的介电性能和表面电荷密度,从而显著提高摩擦电性能。

➣采用MXene导电纳米片对PVDF纳米纤维进行介电调制,使纳米纤维的介电常数和表面电荷密度分别提高了270%和80%。

➣基于PVDF/MXene复合材料(PMC)纳米纤维和尼龙6/6纳米纤维的摩擦电纳米发电机(TENG),其在2MΩ的匹配负载下可以提供4.6mW的峰值功率,比本研究制备的PVDF纳米纤维高出1.58倍。

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105670


2. 基于电纺聚偏氟乙烯-石墨烯纳米片复合纤维的高性能摩擦发电纳米发电机用于能量收集

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浙江大学金浩&董树荣&杭州电子科技大学骆季奎合作提出了一种利用石墨烯纳米片结合静电纺丝技术构建高性能聚偏氟乙烯(PVDF)基TENGs的有效策略。

➣PVDF/G NF-PA6 TENG具有优异的摩擦电性能,其输出电压约为1511V,短路电流密度为189 mA m-2,最大功率密度约为130.2 W m-2,比PVDF-PA6 TENG高出近八倍。

➣在阻抗匹配条件下,PVDF/G-PA6 TENG每个循环可收集约74.13μJ的能量,平均输出功率密度为926.65 mW m-2。

➣石墨烯的成分调制和通过静电纺丝制备的纳米纤维结构均有助于提高PVDF/GNF薄膜的摩擦电性能。这项工作为同时优化摩擦电材料的化学成分和表面微观结构提供了一种有效的策略,使TENGs的输出性能得到了显著改善,并进一步促进了TENGs的广泛应用。

DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105599


3.基于静电纺丝纤维制备透气、可洗和耐磨的摩擦纳米发电机,用于生物力学能量收集和自供电传感

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香港理工大学徐宾刚副教授课题组通过静电纺丝方法获得PA66或P(VDF-TrFE)纳米纤维膜,将PA66或P(VDF-TrFE)纳米纤维膜包裹在商用不锈钢丝表面形成核-壳结构的纱线,再通过传统的机织织造方法获得机织结构的纳米纤维TENG (命名缩写为WS-TENG)。

➣这种WS-TENG克服了制造工艺复杂、成本高、透气性差等缺点,尺寸为5×5 cm2的WS-TENG在负载电阻为10 MΩ时,具有良好的开路电压为~166V,短路电流为~8.5μA,瞬时功率密度为~93mW/m2。

➣该类WS-TENGs具有全纤维组分、无基材、无粘合剂、交织的编织结构等优点,具有高柔韧性、透气性好、耐洗性好、经久耐用等特点,其突出的输出功率性能,加上纳米纤维和纺织品的优点,使其适用于生物力学能量收集和自供电传感器应用。

DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105549


4.受星鼻启发的多模式传感器用于全方位运动监测

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华中科技大学朱本鹏教授&武汉大学熊锐教授合作提出了一种策略以制备具有可伸缩和可扭曲结构的星鼻型传感器,其中通过静电纺丝和化学银涂层制备鼻子的射线状平行聚酰亚胺薄膜。

➣传感器最终封装在PDMS中,由于采用了生物启发平行膜的设计,其灵敏度得到了显著提高。这种仿生传感器具有超轻、超薄和高灵敏度(仪表灵敏度(GF)约4,000)的特性,确保完美贴合人体皮肤以实现拉伸、扭曲和压力检测功能。

➣最后,通过横向组装两个功能层,构建了一个全方位感应人体运动的各向异性传感器。

➣这项研究强调了仿生传感器的有趣可能性,该传感器集轻巧、薄、可拉伸、可扭曲和各向异性特征于一体,可用于监测人体运动和个人健康的可穿戴设备。

DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105559


5.机械互锁的可拉伸纳米纤维,用于多功能可穿戴摩擦电纳米发电机

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新加坡南洋理工大学李佩诗教授提出了一种物理互锁策略,通过同时静电纺丝聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)和电喷雾苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS),来实现自互锁可拉伸、透气和防水的纳米纤维膜。

➣电喷雾SEBS微球用作弹性粘合剂和疏水改性剂,可增强电纺PVDF-HFP纤维网络的可拉伸性和防水性。

➣利用由液态金属(镓铟锡颗粒)和银薄片组成的可印刷电极,研制出一种具有高摩擦电输出(85V,219.66 mW m-2)和电耐久性的可拉伸纳米纤维基TENG(SNF-TENG)。能够从人体运动和流水中收集能量,为200个商用LED和电子表供电。

DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105358


6.压电效应增强的异质结构BaTiO3/TiO2纳米纤维在有机污染物降解中的光催化性能

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厦门大学薛昊副教授提出了一种核/壳型BaTiO3/TiO2纳米复合材料,其可通过压电效应呈现出增强的光催化性能。

➣在超声活化下由静电纺丝制备的BaTiO3/TiO2纳米纤维中压电相产生的极化作用显著提高了催化剂的光催化性能。

➣在超声和紫外光的共同激发下,极化BaTiO3/TiO2纳米纤维在RhB染料上的氧化速率常数可达到9.67×10-2 min-1,分别是仅在紫外光照射下的TiO2纳米纤维和BaTiO3/TiO2纳米纤维相应值的3.51倍和3.22倍。

➣本文为通过机械振动改善光催化性能提供了一种有希望的策略,同时也有助于理解压电和光催化作用之间的耦合机理。

DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105122


7.静电纺芯-鞘压电微纤维在自供电可缝合传感器中的应用

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上海交通大学刘景全教授&杨斌研究员合作介绍了一种简单的策略,通过将聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))直接电纺到柔性导线上来制备具有新型芯-鞘结构的压电微纤维。可以精确控制P(VDF-TrFE)功能层的纤维直径和厚度。

➣这种可缝合纤维在正压缩下表现出60.82 mV/N的高灵敏度和15000次循环的优异耐久性。采用有限元法结合实际实验,通过COMSOL软件分析了压电纤维在正压缩和弯曲两种模式下的应力和电场分布。

➣柔性可缝合纤维可以承受各种复杂甚至严重的变形,例如弯曲和打结,这使其自身可以织成纺织品,并在受到外部变形时进一步产生动力和响应,这对于期望透气舒适的便携式可穿戴电子产品而言非常重要。

DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104966


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