化學與材料科學 - 上海交大郭益平教授課題組 CEJ：高靈敏、環境友好、透明摩擦納米發電機用於人體及車輛運動監測－鑽石舞台

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摩擦納米發電機(TENG)作為一種可再生能源轉換器件，已在自驅動傳感及物聯網系統中實現諸多應用。然而，下一代TENG設備面臨着保持高輸出、可穿戴性與耐用性，同時降低對環境影響的重要挑戰。基於天然生物材料的TENG由於其初始原料易從自然界或回收廢物中提取，具備節約資源、減少污染，且對人體無毒無害的優點而受到廣泛關注。倘若能利用這些天然生物材料，來製備環境友好的多功能TENG器件將很有意義。此外，透明度也成為電子產品的一項重要指標，它可以促進信息的視覺傳輸，並有望用於用戶交互式的顯示器、人造皮膚和觸摸屏。然而，高度透明TENG的摩擦材料大多屬於不可降解的聚合物，且基於天然生物材料的全透明TENG器件仍然少有報道。

近日，上海交通大學材料科學與工程學院郭益平教授課題組在《Chemical Engineering Journal》期刊上發表了題為「Ultrahigh Sensitive, Eco-friendly, Transparent Triboelectric Nanogenerator for Monitoring Human Motion and Vehicle Movement」的研究成果。該研究工作通過滴塗法製備了一種環境友好的、柔性、透明的殼聚糖/澱粉複合膜，該薄膜在可見光範圍內的透射率超過88%。基於殼聚糖/澱粉複合膜與氟化丙烯(FEP)薄膜構成的摩擦副，結合PET/ITO透明電極，開發了全透明的CS-F/TENG器件，開路電壓達1080 V，短路電流達16.9 mA·m-2，最大功率密度為5.07 W·m-2。該器件作為力傳感器，在1.25-6.25 kPa壓力範圍內表現出46.03 V kPa-1的高靈敏度，並在人體及車輛運動監測中展現出應用潛力。該工作為研製基於天然生物材料的柔性可穿戴TENG器件兼具高輸出與高透明度提供新的見解，並有望促進該類透明TENG器件在人體及車輛運動監測的應用。

該項研究得到了上海市科委重點基礎研究項目（No.20JC1415000），國家自然科學基金重點項目（11874257、52032012）和上海交通大學科技創新基金的資助，以及上海交通大學分析測試中心協助的相關表徵分析。

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