王中林：用于自供电医疗产品的多级纳米结构纤维素纤维基摩擦纳米发电机

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纤维素纳米纤维来源于自然资源，具有一维纤维结构，已经被构筑成一系列二维和三维的纳米结构用于功能性的应用。纤维素纳米纤维在电子器件中具有可观的优点，因为它不仅储量极大、具有生物相容性，而且质轻和具有生物降解性、出色的机械性能和低的热膨胀系数。因此，使用纤维素纳米纤维作为基本成分来开发一系列纳米结构用于低成本的、对环境友好的、柔性的功能性电子器件，已成为下一代可穿戴电子器件的有吸引力的选择。摩擦纳米发电机是新发明的技术，以摩擦起电和静电感应为基础。由于它的能量转化效率高、成本效益高、具有普适性和对环境友好，能够通过将机械能，尤其是低频率的身体运动的能量，有效转化成电能来持续地给电子器件供电。然而，目前还没有摩擦纳米发电机能够同时实现高效去除PM2.5，抗菌和人体呼吸监测。

近日，美国乔治亚理工学院王中林院士、我国四川大学卢灿辉教授（共同通讯作者）和何旭博士（第一作者）、邹海洋博士（共同第一作者）在著名期刊Advanced   Functional  Materials上发表了题为A Hierarchically Nanostructured Cellulose Fiber-Based Triboelectric Nanogenerator for Self-Powered Healthcare Products的文章。本文采用了环保、通用、高效的方法，通过构造多级纳米结构和利用摩擦纳米发电机独特的发电模式，制备了具有去除PM2.5、抗菌和自供电监测人体呼吸的纤维素纤维基摩擦纳米发电机（cf-TENG），阐明了它对改善空气质量和呼吸监测的优异性能。上述成果表明了作者制备的多级纳米结构cf-TENG在用于医疗自供电可穿戴电子器件中有巨大的潜力。

作者将分级纳米结构引入到具有独特的发电的特征的自供电的cf-TENG中，实现了去除PM2.5、杀菌和呼吸监测。在纤维素微纤维上构造一维的纤维素纳米纤维，形成高效去除PM2.5的二维的多级纳米结构，这种策略是有效的、成本低的和可持续的。同时，作者用纤维素微纤维/纤维素纳米纤维薄膜作为模板，采用新颖的、有效的方法制备了抗菌活性出色的银纳米纤维薄膜。cf-TENG还成功地监测了呼吸速率和强度。作者在cf-TENG的材料制备和结构设计的成果不但为医疗领域的可穿戴电子器件提供了新的方式，而且会带来更环保、功能性的柔性电子器件，有助于减少电子废弃物的累积和不可再生资源的消耗。

文献链接：A Hierarchically Nanostructured Cellulose Fiber‐Based Triboelectric Nanogenerator for Self‐Powered Healthcare Products（Adv. Funct. Mater. ，2018，DOI：10.1002/adfm.201805540）