中国科学院北京纳米能源与系统研究所张弛

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摩擦纳米发电机能够直接将机械能转化为电能，这为新时代IOT设备的分布式部署提供了新的供能方法。摩擦纳米发电机的高性能输出依赖于摩擦层材料的选择和改性。常用的摩擦材料增强方法为材料表面改性和电荷储存特性调控。对于材料表面改性，有报道利用表面微结构设计和化学官能团的引入提高材料表面积，增强材料表面电负性，来实现接触分离时大量的电荷转移进而提高电学输出。对于电荷存储调控，有报道在高分子摩擦材料中掺杂导电碳黑，纳米金颗粒等，在材料内部构建微电容效应，提升材料的电荷存储能力。这些报道的方法都只单纯的对电学性能提升进行研究，而对于摩擦层材料机械性能的改进很少有进行研究。

       在本工作中，张弛课题组在PTFE材料中引入新型二维材料MXene实现了复合薄膜力学性能和电学性能的同时提高。
       MXene的引入在PTFE薄膜内部形成大量以MXene为核心的CF2交联。这种复杂的交联会阻碍CF2链在薄膜内部的位移，进而提升薄膜力学强度。           MXene的掺杂会降低PTFE薄膜的结晶度，并使结晶区块弥散分布，增加韧性良好的非晶区域含量。这会提升复合薄膜的拉伸性能。所制备的MXene/PTFE薄膜相比于纯PTFE薄膜，应变率性能提升450%，拉伸强度提升50%。MXene具有良好的导电性，它的引入能够在复合薄膜中形成大量的微电容结构，提升薄膜电荷存储能力。最终所得复合薄膜最大开路电压，短路电流以及电荷转移量相比纯PTFE薄膜提升4、6、6倍。
       文章信息：Yuyu Gao, Guoxu Liu, Tianzhao Bu, Yaoyao Liu, Youchao Qi, Yanting Xie, Shaohang Xu, Weili Deng, Weiqing Yang* & Chi Zhang*. MXene based mechanically and electrically enhanced film for triboelectric nanogenerator. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-021-3437-5.