摩擦纳米发电机(TENGs)由于其结构简单、输出电压高且灵敏度高，是柔性可穿戴电子设备的理想候选材料。当前，柔性摩擦纳米发电机在可穿戴电子设备领域的应用仍面临输出性能不足的瓶颈。

基于此，江苏大学张彦虎副教授、高莽博士、刘宝副教授通过静电纺丝技术制备了具有填料的正摩擦纳米层，其表面结构密集且不规则，从而提升了输出性能。通过调整导电MXene纳米片与铁电锶钛酸盐纳米颗粒的复合填料比例，研究了其对输出性能的影响。与纯热塑性聚氨酯(TPU)相比，基于TMS(TPU/MXene/STO)的TENG的电压和电流分别提高了7倍和34倍。此外，制备的TENG已成功应用于柔性传感。它能够检测不同物体握持的曲率和各种呼吸条件，使其在智能传感和健康监测应用中具有广阔前景。本研究成功开发了一种低成本、高性能且高度敏感的TENG，在智能可穿戴设备中展现出显著潜力。相关研究内容以“Multifunctional Sensitive Positive Friction Layer of TPU/MXene/STO Composited Film for Triboelectric Nanogenerator”为题目，发表在期刊《Nano Letters》上。

【图文解析】

图1. (a)正摩擦层制备工艺示意 (b)接触分离型TENG结构及其工作原理 (c)模拟TENG在接触和分离过程中的电势分布

图2. (a)通过掺杂不同含量的STO制备的电纺纤维SEM图像和纤维直径分布。 (b) TPU、STO和TPU/STO复合纤维薄膜的XRD图谱。 (c) 复合纤维薄膜的拉伸应力-应变曲线。TPU/STO的开路电压 (d) 和短路电流 (e) 的总体趋势。

图3. (a) 复合MXene静电纺丝薄膜EDS图像。 (b) 不同MXene含量的TENG的多周期开路电压和(c)短路电流。 TPU/MXene的开路电压 (d) 和短路电流 (e) 的总体趋势。

图4. (a)TPU/MXene/STO复合纤维薄膜、STO和MXene纳米片的XRD图。(b)TPU/MXene/STO复合纤维的EDS光谱。TPU/MXene/STO的开路电压(c)和开路电流(d)的总体趋势图。(e)TMS纤维膜摩擦层的内部电荷分布和工作机理。

图5. (a)将TENG连接到手指上监测不同弯曲角度的电信号输出。(b)手指弯曲时TENG的变化趋势。 (c)抓握磁带、握住圆柱体或握拳等动作的运动信号被转换为电信号，用于识别手部动作。(d)基于TMS的柔性TENG的电流输出信号用于识别不同呼吸模式下的气流信号。

本工作得到国家自然科学基金（51705210）、机械系统与振动国家重点实验室开放基金（No . MSV202516）、江苏省博士后科研资助计划（2019K195） 的资助。江苏大学张彦虎副教授为论文第一作者兼通讯作者，合作者包括江苏大学硕士生顾佳炜、施展，山东大学吴疆教授，江苏大学副教授李建伟、符昊、纪敬虎，中国科学院兰州化学物理研究所副研究员杨兵军。中南大学高莽博士和江苏大学副教授刘宝为共同通讯作者。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c00048

【团队介绍】

近年来，TPM课题组（Tribology, Piezoelectricity, Measurement）在《Advanced Materials》、《Materials Science and Engineering R: Reports》、《IEEE Transactions on Industrial Electronics》、《IEEE/ASME Transactions on Mechatronics》、《International Journal of Mechanical Sciences》、《Wear》、《Tribology International》、《Chemical Engineering Journal》、《Tribology Letters》、《Tribology Transactions》、《Journal of Manufacturing Processes》、《Optics & Laser Technology》、《Measurement》、《Sensors and Actuators A Physical》、《Thermal Science and Engineering Progress》等专业期刊发表学术论文70余篇，授权国家发明专利20项。社会兼职担任30余种SCI期刊审稿人，江苏省摩擦学学会会员，中国力学学会、中国振动工程学会会员，中国机械工程学会高级会员，美国光学学会会员，IEEE Member。研究方向包括压电驱动技术及超声波马达，激光先进制造技术及其装备，应用摩擦学与低温环境测评。Email：zhyh@ujs.edu.cn.

【原文信息】

Yanhu Zhang, Jiawei Gu, Zhan Shi, Jiang Wu, Mang Gao, Jianwei Li, Hao Fu, Jinghu Ji, Bingjun Yang, and Bao Liu. Nano Letters 2025 25 (14), 5713-5722.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c00048