工业领域对能源供应稳定与安全性要求不断提升，尤其是在石油钻井、冶金加工、地热开采等高温作业环境中，传统能源设备常因热稳定性不足而面临应用瓶颈。摩擦纳米发电机作为一种新兴的绿色能源技术，能够将风能、振动等低品质机械能高效转化为电能，具有结构简单、环境适应性强等优势，因而备受关注。然而，常见摩擦材料在高温条件下易出现性能衰退甚至燃烧，严重限制了其在高危场景中的应用。
基于此，北京林业大学马明国教授和齐鲁工业大学吉兴香教授研究团队以生物质衍生的纳米纤维素为基底，结合二维氮化硼纳米片和MXene纳米片，通过静电纺丝及两步涂覆工艺，构建了具有多层保护结构的复合薄膜。该系统在高温下可提前形成致密炭化层，有效阻隔热传递和氧气扩散，显著提升了材料的热稳定性和阻燃性能。相关研究成果以“Preparation of excellent flame retardant system for high-performance triboelectric nanogenerators using electrospinning and two-step coating methods”为题发表在国际期刊Chemical Engineering Journal上,北京林业大学材料科学与技术学院博士研究生刘琪为第一作者，齐鲁工业大学吉兴香教授和北京林业大学马明国教授为通讯作者。
图1. 复合膜的制备示意图
图1展示了复合膜的制备过程。通过静电纺丝与两步涂覆技术，创新性地设计了以PVDF/BNNS/TOCNF为基底、PVH/PA为中间层、MXene/BNNS为表层的三明治结构。该结构在遇火时，表层涂层率先炭化形成致密保护层，有效延缓热量和氧气向内渗透，使基底热降解温度从275.8 °C显著提升至362.9 °C，燃烧剩余率高达68.51%。
图2. 复合膜的微观形貌图
如图2所示，将PVH与PA共混不影响PVH共聚物的成膜性能。PBTC@poly(VS-co-HEA)/PA复合薄膜表面平整均匀，完全覆盖了底层PBTC薄膜的孔隙。
图3. 复合膜具有卓越的阻燃性和隔热性能
复合膜在燃烧状态下，10分钟无明显变化，其极限氧指数（LOI）高达46.6%，UL-94测试获V-0评级。锥形量热测试显示其峰值热释放速率（PHRR）和总热释放量（THR）分别为22.68 kW/m²和4.53 MJ/m²。
图4. PPMB-TENG的电输出特性及实际应用
图5. PPMB-TENG的温度依赖性摩擦起电性能
PPMB-TENG在室温下输出性能优异（开路电压87.8 V，转移电荷29.1 nC，短路电流6.97 μA）。在260 °C高温下仍能保持77%的电压输出（66.0 V），并在4000次连续循环测试中性能波动小于±5%，展现出极强的环境耐受性。提前炭化与层状屏障保护的协同效应，使该分级阻燃体系在不损害摩擦发电性能的前提下获得独特抗燃性。兼具环境可持续性、阻燃性与稳定能量采集性能的PPMB-TENG，有望应用于智能建筑及工业监测领域。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.170531
人物简介
马明国，北京林业大学材料科学与技术学院教授、博士生导师。北京林业大学生物质清洁利用研究中心主任，林业生物质材料与能源教育部工程研究中心副主任。主要从事多功能纳米纤维素复合材料研究。在国际期刊发表SCI收录论文100余篇，发表的论文被引用10000余次，单篇最高被引次数1084次，H-Index指数53，授权国家发明专利16件；主编英文专著1部，参编英文专著16部。主持完成国家自然科学基金面上项目等课题25项，参与国家重点研发计划等项目15项。担任《造纸与纤维材料》编委，《陶瓷学报》青年编委，《复合材料学报》青年编委。荣获中国林业青年科技奖，教育部自然科学奖二等奖2项，梁希林业自然科学奖二等奖1项。入选爱斯维尔（Elsevier）与美国斯坦福大学2020-2025全球前2%顶尖科学家榜单。
吉兴香，齐鲁工业大学（山东省科学院）副校长（副院长），绿色造纸与资源循环全国重点实验室主任。主要从事绿色造纸与生物技术、农林剩余物资源化高值化利用等方面的科研和教学工作。先后主持国家重点研发计划项目，国家自然科学基金重点、面上和青年项目，山东省重大创新工程项目和山东省自然科学基金重大基础研究项目等国家、省部级项目10余项，发表论文120余篇，授权发明专利60余件，曾获国家科技进步二等奖1项、国家技术发明二等奖1项，教育部科技进步一等奖等省部级科研奖励8项；获中国青年女科学家奖、全国三八红旗手、全国五一巾帼标兵、山东省先进工作者、山东省教书育人楷模、齐鲁最美科技工作者等荣誉。主持山东省高校教学改革研究重大项目2项，出版专著1部，获省教学成果奖2项，培养博士、硕士研究生30余名。
