突破！武汉大学、湖北工业大学在高性能可拉伸摩擦纳米发电机领域取得进展
2020年9月12日，武汉大学、湖北工业大学电气与电子学院张晓星教授与新加坡南洋理工大学李佩诗（Lee Pooi See）教授合作在《纳米能源》（Nano Energy，影响因子16.60）在线发表了题为《机械互锁可拉伸纳米纤维构建的多功能可穿戴纳米发电机》（Mechanically interlocked stretchable nanofibers for multifunctional wearable triboelectric nanogenerator）的研究论文。
该论文首次提出了基于机械互锁结构的可拉伸纳米纤维材料加工方法，利用高压静电纺丝和静电喷雾原理实现了纳米纤维网络与弹性体微球的原位同步自组装，并开发了高性能可拉伸摩擦纳米发电机，能够实现机械能、水能收集及自供电压力、触碰传感。
开展利用原位机械振动信号发电的微能量提取技术及自供电传感器研究为解决泛在电力物联网发展对智能感知、人机交互的需求提供了新的思路，同时开发柔性智能传感系统实现器件的可穿戴与集成是实现人机交互、智能运维的有效途径。
长期以来，基于高压静电纺丝方法加工得到的纳米纤维网络存在拉伸性能差、结构稳定性低、易脱层等缺点。为解决这一问题，该研究团队首次提出了同步静电纺丝聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）和静电喷雾氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)的加工方法，开发出了具有高拉伸率（断裂伸长率490%）、高疏水（静态接触角140°）且透气的PHS纳米纤维材料。
图1 PHS纳米纤维结构特性
同时，研发团队以PHS纤维为摩擦起电层，液态金属-银片-SEBS印刷可拉伸导体为电极，SEBS/织物为基底，开发出了高性能可拉伸摩擦纳米发电机，实现了机械能、水能收集及自供电压力和触碰传感。该摩擦纳米发电机（面积：2cm2*2cm2）的输出电压达到了85-160V(0%-125%拉伸)，短路电流达到了4-7μA，峰值功率219.66 mW m-2，能够为200个LED、电子手表等器件供电。同时，利用该摩擦纳米发电机能够无需外部电源实现对手指运动行为的实时检测，同时可作为无源触碰传感器阵列实现对触碰行为的实时定位与显示。
图2 PHS摩擦纳米发电机主要性能
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