【文章概述】

随着人机交互、健康监测、人工智能的快速发展，可穿戴技术得以蓬勃发展，目前已经可以应用到虚拟现实、电刺激、可穿戴数字医疗等领域，引起业界和学术界越来越多的关注。在这些技术的基础上，各种多功能的可穿戴设备被创造出来，服务于人类，极大地丰富了我们的生活。目前，通过收集可穿戴设备周围分布的机械能，已经发明了摩擦电纳米发电机(TENG)。但TENG常用于水滴能量收集的聚合物薄膜具有透气性差、亲肤性差和不可修复的疏水性等缺点，从而极大地阻碍了其可穿戴应用。因此寻找合适的材料为可穿戴电子产品的可持续供电具有重要意义。

【成果简介】

中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和董凯副研究员共同开发了一种全织物TENG（F-TENG），不仅具有良好的透气性和疏水性自修复性能，实验显示具有有效的能量转换效率。其静态接触角为157°，并且显示优异的耐酸碱性。玻璃化转变温度低与加热条件下促进FDTS分子向表层移动来实现疏水自修复性能。与传统的单电极模式TENG相比，F-TENG的输出电压提高了7倍，总能量转换效率达到了2.9%。期待F-TENG用于雨滴能量收集的多功能可穿戴设备。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【图文导图】

图1F-TENG的特点。

(a) F-TENG的原理图。

(b) 疏水表面的组成。

(c)疏水织物表面的静态接触角。

(d)疏水织物的等离子体损伤和热处理照片。

(e)等离子体损伤和热处理几个周期(130℃)后疏水织物的接触角。

(f)水滴能量采集用单电极模式TENG与f -TENG输出电压比较。

图2疏水织物的制备工艺及表征。

(a)疏水织物的制备工艺。

(b-d)原始织物，涂覆SiO2纳米粒子的织物和疏水性织物的表面形貌

(e)不同组分疏水织物的接触角。

(f-g)不同浓度FDTS和PVDF-HFP下疏水织物的接触角和滑动角。

(h-i)疏水性织物经去离子水、强酸、碱溶液多次长时间洗涤(48 h)后的接触角和滑动角。

(j)疏水织物在不同压力下的透气性。

图3 F-TENG的工作机理及优化方法。

(a) F-TENG照片。

(b) FTENG的工作机制。

(c)一个水滴产生的电流信号。

(d) 不同表面组分的疏水织物的输出电压和电荷。

(e) 不同浓度FDTS下疏水织物的输出电压、电流和电荷。

(f) 不同浓度PVDF-HFP的疏水织物输出电压、电流和电荷。

图4F-TENG在水滴能量收集中的应用。

(a)FTENG在可穿戴水滴能量采集中的应用场景的原理图。

(b)不同水滴体积F-TENG的输出电压。

(c) F-TENG在不同水滴高度下的输出电压。

(d)不同水滴下落速度下F-TENG的输出电压。

(e)不同外负载电阻F-TENG的输出电流和功率。

(f) f - teng的电输出稳定性。

(g) F-TENG充电的各种电容器的充电曲线。

(h)为LED阵列供电的电力输出(插图为由F-TENG供电的LED阵列照片)。

【奇材馆点评】

本论文的作者为我们展示了一种具有良好透气性、疏水性自修复性能和有效能量转换效率，并且可用于水滴能量收集的全织物TENG。可通过优化每种材料的成分和浓度，制备具有良好的透气性、疏水性自修复性和更高的转换效率，良好的耐洗性、耐酸碱腐蚀和疏水自修复能力疏水的织物。疏水织物也作为一种可穿戴的水滴收集器，可以有效地将水滴能量转化为电能。F-TENG在多功能可穿戴设备中具有广泛的应用前景，而且可以与接触分离模式TENG结合，同时收集人体运动和水滴的机械能活力。

【论文信息】

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