在人工智能物联网工程的下一阶段,柔性传感纸与摩擦电纳米发电机(TENG)之间的技术协同作用,使得具有摩擦电功能的智能传感纸的开发极具吸引力。因此,探索更适合于摩擦电传感的功能纸迫在眉睫。
近期,东北林业大学韩广萍教授&青岛大学龙云泽教授&哈尔滨工业大学刘彦菊教授团队采用静电纺丝技术制备了一种纳米纤维素(CNCs)增强PVDF杂化纸(CPHP)。得益于CNCs的独特作用,CPHP在纤维间形成了牢固的交联网络,并获得高强度(25MPa)的类纸状态和高表面粗糙度。同时,CNCs还通过协助PVDF基体形成更多的电活性相(占96%)和更高的相对介电常数(17.9),从而改善CPHP的摩擦起电效应。基于CPHP的单电极配置TENG具有良好的输出性能(开路电压为116V,短路电流为2.2µA,功率密度为91mW/m2)和超高压敏响应(3.95mV/Pa),这赋予了CPHP可靠的供电和传感能力。更重要的是,基于CPHP的TENG阵列柔性自供电触觉传感器可实现模拟莫尔斯电码编译、触觉轨迹识别和游戏角色控制等多种应用,在智能感应设备和人机交互方面显示出巨大的前景。
图1.纤维素纳米晶体(CNCs)增强PVDF杂化纸(CPHP)的制备过程示意图。
图2.纯PVDF纤维垫(PPM)、CNCs浓度为4wt%的CNC/PVDF杂化纤维垫(CPHM-4)和CNCs浓度为8wt%的CPHP的SEM图像。
图3.CPHP的各种特性。
图4.基于CPHP的TENG(CPHP-TENG)的电输出性能。
图5.柔性CPHP基自供电触觉传感器(CPHP-TS)的多功能应用。
该工作以“Electrospun Cellulose Nanocrystals Reinforced Flexible Sensing Paper for Triboelectric Energy Harvesting and Dynamic Self-Powered Tactile Perception”为题发表在《Small》(DOI:10.1002/smll.202307810)上。
论文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202307810