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广西大学王双飞院士团队Nano Energy综述：液态金属基摩擦电纳米发电机用于能量收集和先进应用

时间：2023-11-30 来源：浏览：

广西大学王双飞院士团队Nano Energy综述：液态金属基摩擦电纳米发电机用于能量收集和先进应用

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【研究背景】

摩擦电纳米发电机(TENGs)是近年来发展迅速的一种将微机械能转化为电能的技术。TENGs具有环境友好、功率密度高、设计灵活、重量轻、生产成本低等优点。因此，近年来在微纳能源、自供电传感器、蓝色能源、高压电源等领域得到了广泛的应用。随着研究领域的不断扩大，各种新兴应用对摩擦电材料提出了新的要求。近年来，液态金属(LM)由于其低熔点、优异的流动性和延展性以及优异的导电性和导热性等优势被引入到TENGs中。将LM集成到TENGs中可以增强摩擦电材料的电负性或电导率，从而显著提高输出性能。此外，由于电磁屏蔽特性和LM的吸热效应，TENGs表现出相应的相变功能。此外，LM-TENGs在灵活性方面具有显著的优势。与柔性TENGs中的固体填料不同，LM-TENGs的机械变形不会导致电导率的快速下降。

在这篇综述中，王双飞院士团队介绍了LM基摩擦电材料的发展、特点和设计方法，阐述了提高性能或扩大性能的原则LM-TENGs的功能；综述了LM基摩擦电材料和LM-TENGs在能量收集、电子织物、电子皮肤和自供电传感器等方面的应用和发展趋势；最后对该领域的关键问题和挑战进行了讨论，如封装和接口兼容性，并对未来进行了展望。旨在启发个人采用合适的设计方法来制备具有理想性能的LM基摩擦电材料，充分发挥LM的优势。这将为设计高性能、多功能的TENGs提供新的参考，并为可穿戴设备、传感器等新兴应用领域提供新的思路。相关文章以“Liquid metal-based triboelectric nanogenerators for energy harvesting and emerging applications”为题发表在国际期刊《Nano Energy》上。2022级硕士研究生许贝为第一作者，聂双喜教授、段青山博士为通讯作者，彭伟卿、何娟霞、张叶、宋旭玲、栗剑锋、章志君、罗懿、蒙香江、蔡晨晨、刘艳华、韦芷婷参与研究。

【主要内容】

近年来，由于LM基摩擦电材料具有柔韧性、通用性、高导电性和稳定性等优异性能以及丰富的设计方法，LM基摩擦电材料得到了越来越广泛的应用。这包括用于收集人类运动和环境动能的可持续电源、电子织物、电子皮肤以及自供电传感器。

图1. LM-TENGs的新兴应用

1. 能量收集

基于LM的摩擦电材料已经应用于收集小规模的机械能，包括人体运动、环境振动、水滴和波浪。LM加工技术，如容器封装和弹性体封装，用于制造LM-TENGs装置，用于收集小尺度机械能。

图2. LM-TENGs在能量收集中的应用

2. 电子织物

基于LM基摩擦电材料的电子织物由于其电性能好、透气性好、拉伸性好、便于大规模生产等优点，已在服装和工业面料中得到应用。使用热拉伸集成、注射和湿纺等方法生产LM包裹的细长弹性体是在基于TENGs的电子织物中比较流行的。

图3. LM-TENGs在电子织物中的应用

3. 电子皮肤

受基于LM基摩擦电材料的可穿戴纺织品的启发，开发的电子皮肤具有良好的舒适性。

图4. LM-TENGs在电子皮肤中的应用

4. 自供电传感器

由于LM的流动性和导电性，基于LM基摩擦电材料制备的自供电传感器能够高效、稳定地检测信号，在人机交互、环境监测、医疗保健和数据分析等领域具有广阔的应用前景。

图5. LM-TENGs在自供电传感器中的应用

Bei Xu, Weiqing Peng, Juanxia He, Ye Zhang, Xuling Song, Jianfeng Li, Zhijun Zhang, Yi Luo, Xiangjiang Meng, Chenchen Cai, Yanhua Liu, Zhiting Wei, Shuangfei Wang, Shuangxi Nie and Qingshan Duan, Liquid metal-based triboelectric nanogenerators for energy harvesting and emerging applications, Nano Energy, 2023.

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.109107

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