DOI: 10.1021/acsami.1c03894

近年来，随着可穿戴电子设备的飞速发展，为了克服传统电源的局限性，自供电器件引起了人们极大的关注。在此，研究者利用一种简便、可扩展的一步静电纺丝制备技术构建了一种全纤维结构的摩擦电纳米发电机（TENG）。将乙基纤维素与聚酰胺6共静电纺丝作为摩擦电正极材料，创新性地将一种强负电性导电材料MXene片掺入聚偏氟乙烯纳米纤维中，作为摩擦电负极材料。组装的全纤维TENG具有优异的耐用性和稳定性，以及出色的输出性能，在100MΩ的负载电阻下达到了290mW/m2的峰值功率密度。更重要的是，TENG能够收集能量为各种发光二极管（LED）供电，并作为自供电传感器监测人体运动，在可穿戴电子器件中具有广阔的应用前景。

图1.全纤维结构TENG的制备过程。

图2.（a）EC/PA6纳米纤维垫和（b）PVDF/MXene纳米纤维垫的SEM图像。（c）纯PVDF纳米纤维和（d）PVDF/MXene纳米纤维的TEM图像。（e）MXene（Ti3C2TX）片的AFM图像。插图显示了高度轮廓。（f）EC/PA6、MXene、PVDF和PVDF/MXene溶液以及（g）MXene浓度从0到12wt％递增的PVDF/MXene纳米纤维毡的数码照片。

图3.（a）电纺丝PA6、EC、EC/PA6和PVDF纳米纤维毡的FT-IR光谱。（b）MAX相（Ti3AlC2）、MXene（Ti3C2TX）、PVDF和PVDF/MXene垫的XRD图谱。（c）EC、PA6和EC/PA6纳米纤维毡的XRD图谱。（d）EC和PA6混合比例不同的纳米纤维毡的拉伸应力-应变曲线。

图4.（a）TENG结构和（b-e）工作机制的示意图。（f）一个压缩和释放循环中的典型输出电压。

图5.基于EC/PA6和PVDF纳米纤维毡的TENG的VOC（a）和ISC（b），其中EC和PA6的混合比例不同。基于EC/PA6和MXene浓度不同的PVDF/MXene纳米纤维毡的TENG的VOC（c）和ISC（d）。具有不同MXene浓度的PVDF/MXene纳米纤维毡的XRD图谱（e）和TGA曲线（f）。

图6.随着（a，b）间隙距离，（c，d）冲击频率和（e，f）接触面积的增加，全纤维TENG的VOC和ISC。

图7.（a）在连续接触-分离过程（约14000个循环）中，全纤维TENG的输出电压。（b）电压和电流信号以及（c）计算得出的输出功率与不同负载电阻的函数关系。插图显示了等效电路。（d）显示TENG通过桥式整流器为商用电容器充电的等效电路图。（e）使用容量为33、100、220、330和470μF的各种商用电容器展示充电性能。（f）显示TENG点亮LEDs的等效电路图。（g）几个蓝色LEDs瞬时点亮。（h）通过从人体运动（例如手臂运动）中收集能量来直接点亮LEDs。

图8.全纤维TENG作为检测人体运动的自供电传感器。传感器检测（a）行走，（b）拍手和（c）手臂运动的电压输出。插图显示了相应人类运动的照片。（d）通过将TENGs应用于不同的身体部位来输出相应的电流。