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[转载]ACS Nano:富氧聚合物作为高效电正性摩擦材料用于机械能收集

已有 491 次阅读 2019-10-28 17:20 |系统分类:科普集锦| 能源环境, 静电纺丝 |文章来源:转载

当前,随着能源危机的加剧和能源需求的增长,开发替代能源和可持续能源已成为当务之急。大自然提供了丰富的机械能,而这些机械能常常被忽视。王中林院士团队设计的摩擦纳米发电机(TENGs)可以有效地将这些浪费的机械能转化为有用的电能和微电子的动力。然而,TENGs的输出性能在很大程度上取决于所使用的摩擦材料。对于一个高效的TENGs来说,两个具有相反电极性的摩擦材料,是至关重要的。

  PCL适用于静电纺丝,可纺性高,更重要的是,静电纺丝技术因其比表面积高、柔韧性好、孔隙率可调、成分可控等优点引起了人们越来越多的关注。纳米纤维较高的比表面积使表面有更多的摩擦电荷,可控的成分提供了良好的可改性,为材料的进一步改性奠定了基础。而聚乙二醇甲醚(mPEG)含有许多末端甲氧基(CH3-O)和醚基(C-O-C)的O原子,同时,mPEG无毒,易溶于水和有机溶剂;因此,它可以很容易地与PCL结合。

 近日,东华大学郭建生教授课题组使用纯PCL电纺纳米纤维膜作为电正性摩擦材料,结合聚四氟乙烯(ePTFE)为电负性摩擦材料,构建了高效率的TENG (PCL/ePTFE TENG)。PCL/ePTFE TENG依靠O原子供体提供的供电子能力,产生了非常高的输出信号。与PA6/ePTFE TENG相比,PCL/ePTFE TENG的输出性能显著提高了约28%。聚氯乙二胺(PCL-mPEG)具有更多的O原子和更强的供电基团,通过使用mPEG对PCL电纺纳米纤维膜进行改性,进一步提高了PCL电纺纳米纤维膜的正电子亲和力。随着mPEG含量的增加,基于PCL-mPEG和ePTFE的TENG(PCL-mPEG/ePTFE TENG)的输出电信号也随之增加。经过mPEG改性后,最高功率密度为115.83 W·m2,提高了40%。此外,使用了更多不同含氧量的材料,并进行了比较,以确定一些富氧聚合物具有良好的供电子能力,并可作为高效的电正性摩擦材料。此外,研究者将制备的PCL-mPEG/ePTFE TENG用于电容器充电、不同数量手指按压的信号、发光二极管、驱动温湿度计正常工作,显示出了巨大的应用潜力。因此,PCL和mPEG中的O原子被认为是电子供体,在提高TENGs的电输出方面起着至关重要的作用,从而为电正性摩擦材料提供了更多的选择。相关研究成果以“Oxygen-Rich Polymers as Highly Effective Positive Tribomaterials for Mechanical Energy Harvesting”为题目发表于期刊《ACS Nano》上。

  图1 静电纺丝原理图及PCL与PA6静电纺丝膜的对比。

  图2 TENGs结构示意图及工作原理。

  图3 PCL-mPEG/ePTFE TENG的稳定性、实际可行性和应用。

  论文链接:https://doi.org/10.1021/acsnano.9b04911

链接地址:http://www.espun.cn/news/detail-942.html

文章来源:易丝帮



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