运用近红外激光远程高效自修复摩擦纳米发电机

近年来，随着纳米能源技术的不断发展，摩擦纳米发电机（Triboelectric nanogenerator，简称TENG）得到了越来越多的关注。其原理是基于摩擦起电和静电感应效应的耦合，将人体运动、空气流动等过程中低频、无序、低品质的机械能转化为电能。然而以铜、铝等金属作为导电层的传统摩擦纳米发电机常因金属疲劳，容易导致导电层的破损，影响其正常工作。近期，苏州大学的潘越（点击查看介绍）团队介绍了一种可实现摩擦纳米发电机高效自修复的方法，运用近红外激光照射，使修复后的纳米器件保持良好的电学输出性能。同时，该方法可潜在应用于远程修复可植入器件。

在该工作中，潘越团队设计了一种新型的自修复摩擦纳米发电机（SH-TENG）。该器件具有明确的三层结构——顶层为摩擦起电层，通过摩擦起电效应产生电荷，所用材料为聚二甲基硅氧烷（PDMS）；中层为辅助修复层，所用材料为引入二硫键的环氧树脂；底层为自修复导电层，通过静电感应效应传导电荷，所用材料为掺杂碳纳米管（CNT）的二硫键环氧树脂。在近红外激光的照射下,破损的器件可利用底层碳纳米管良好的光热转化率自下而上的传递热量，同时利用辅助修复层内更优越的分子活动性实现器件自上而下的贴合。这一拉链式的过程有效缩短了器件自修复所需的时间——破损器件可在功率为4W的近红外激光1 min的照射下实现自修复。除此以外，该器件具有良好的电学输出，Q_sc(~16 nC)、 V_oc  (~50 V)、I_sc (0.6 μA)，且该电学数据在经过5次损坏-自修复过程后仍能保持稳定。不仅如此，该器件具有类似LEGO玩具的性质，可通过器件侧面的简单接触、升温实现器件的串联。与此同时，潘越团队还通过鸡皮模拟人体皮肤，模拟了该器件的皮下自修复，该过程预示了其在可植入器件领域的潜在应用。

该研究成果发表在纳米能源领域顶级期刊Nano Energy（IF: 13.1）上。第一作者是管清宝博士。该研究工作得到了国家重点基础研究发展计划（No. 2018YFB1105700）、国家自然科学基金项目（51402203，51703148）、江苏省高层次创新创业人才“世界名校博士计划”的资助。

该论文作者为：Qingbao Guan, Yiheng Dai, Yanqin Yang, Xiangyu Bi, Zhen Wen*, Yue Pan*

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Near-Infrared Irradiation Induced Remote and Efficient Self-Healable Triboelectric Nanogenerator for Potential Implantable Electronics

Nano Energy, 2018, 51, 333-339, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.06.060

导师介绍

潘越

http://www.x-mol.com/university/faculty/40482

（本文由戴以恒供稿）