近日，深圳大学黄龙彪、西北工业大学孔杰和香港理工大学郝建华课题组合作报道了一种具有环境耐受性的高性能柔性摩擦纳米发电机，具有快速修复、抗冻不干、抗冰等优异性能，拓展了摩擦纳米发电机在恶劣环境下的应用。（NanoEnergy,,82,）
摩擦纳米发电机（TriboelectricNanogenerator，TENG）可有效地将机械能转换为电能或电信号。但在实际应用中，器件会面临多种复杂环境，如不同温度、表面积冰和外界机械冲击，因此良好的耐环境性是摩擦纳米发电机走向实际应用必不可少的要求。例如，温度变化可能导致器件材料的机械性能降低，同时在低温环境中空气中的水分冷凝并可能在器件表面形成水或冰层。此外，TENG可能会遭受不同程度的机械冲击，从而导致严重损坏器件和材料。目前，鲜有报道关于如何避免TENG器件在低温下表面积冰，也很少有报道对以上几点问题进行系统的研究并赋予TENG良好的耐环境性。
通过文献调研发现，在众多制备TENG的材料中，凝胶材料具有优异机械性能、生物降解性和超强自修复能力，是制备高性能TENG的优良选择。但水凝胶易受环境影响，所含有的水分子易蒸发和结晶化，进而而分别导致凝胶变干和冻结，严重限制了凝胶基TENG的工作温度范围，并缩短了器件的使用寿命。在此项研究中，作者将多重氢键引入凝胶体系中，采用溶剂置换法，制备了自修复、抗冻不干的聚丙烯酰胺-粘土（PAAM-Clay）有机凝胶，以用于电极材料（图1-2）。
图1PAAM-Clay有机凝胶与水凝胶在不同温度下的性能
图2PAAM-Clay有机凝胶与IU-PDMS的自修复性能
将亚胺键和四重氢键引入含有PDMS链段的交联网络结构中，制备自修复和抗冰的摩擦层材料（IU-PDMS）。在动态键的作用下，IU-PDMS具有了优异的自修复性能（图2）。由于大量低表面能Si元素的存在，以及材料良好的柔性及较光滑的表面形貌，IU-PDMS表现出良好的抗冰性能，可降低器件表面冰层的积聚（图3）。
图3IU-PDMS的抗冰性能
通过将具有自修复和抗冻不干特性的PAAM-Clay有机凝胶与具有自修复和抗冰性能的IU-PDMS组装，制备出具有三明治结构的OG-TENG器件。器件的开路电压达到V，短路电流为16μA，转移电荷量为29nC，最大输出功率密度达到mWm-2，可以轻松点亮30个绿色LED，表现出优异的机械能转化性能（图4）。
图4OG-TENG的结构、工作原理和输出性能
在低温及高温环境中，基于水凝胶的器件（HG-TENG）由于水结晶和蒸发，已无法正常工作。然而，基于有机凝胶的OG-TENG器件在-30至80℃的范围内，依然表现出优异的输出性能，同时保持了良好的自修复性能（图5）。因此，OG-TENG器件可在较宽的温度范围内用于能量收集及自供能传感器，并延长器件使用寿命，保证使用安全。
图5基于有机水凝胶和水凝胶的TENG分别在不同温度条件下的输出性能
以上工作以“Environment-resistedFlexibleHighPerformanceTriboelectricNanogeneratorsBasedonUltrafastSelf-healingNon-dryingConductiveOrganohydrogel”为题发表在NanoEnergy（,82,）上。深圳大学黄龙彪研究员和西北工业大学博士生戴杏怡为共同第一作者，通讯作者为黄龙彪研究员、西北工业大学孔杰教授和香港理工大学郝建华教授。该工作得到了国家自然科学基金项目（/）、广东省自然科学基金（A）、陕西省杰出青年科学基金（JC-）、和PolyUPDFS（YW4N）的支持。
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