環(huán)境耗散能，例如農業(yè)系統中巨大的機械能(如葉片擺動能)和我們日常生活中廣泛存在的書寫運動，都未得到充分利用。在此，為了解決這些問題并克服傳統電池的局限性，我們制作了一種高度靈活且有效的摩擦納米發(fā)電機(TENG)，該電機由基于MXene的聚二甲基硅氧烷(PDMS)復合材料(PDMS/MXene)膜和激光誘導石墨烯(LIG)電極所組成。將導電負電的MXene引入PDMS中制備多孔膜，不僅提高了膜的導電性，而且增大了膜的摩擦電負性。結果表明，輸出性能顯著提高，比基于單純平板式的PDMSTENG高出7倍。研制出的TENG性能優(yōu)良、附著力強、柔韌性好，已成功地用于收集葉片擺動能量，并用作書寫板來收集書寫能量。此外，我們開發(fā)了基于MXene的TENG陣列，該陣列可用作手寫識別的自供電傳感器。在這方面，啟用MXene的TENG在從農業(yè)領域(如葉片擺動能量)和人類活動(如寫作)中收集機械能方面具有巨大潛力，而且它還可以進一步應用于pad、機器人和人機交互領域的寫作或觸覺傳感。
Fig. 1. 基于多孔PDMS/MXene復合膜和LIG電極的柔性TENG的制備工藝示意圖。
Fig. 2. 多孔PDMS/MXene復合膜和LIG電極的照片。(a)印有標志紙張上的PDMS/MXene復合膜具有相當大的透明度，可以附著在(b)人的皮膚及(c)植物葉子上。(d) PDMS/MXene復合膜的拉伸性能。(e)LIG蝴蝶和花朵的圖案。(f) PDMS/MXene復合膜附著在LIG電極上的照片。
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Fig. 3. (a-e) TENG裝置的工作原理及正負電荷的流動。(f)基于有限元法的仿真(COMSOL Multiphysics)驗證了TENG的工作機理。
Fig. 4. 當工作頻率為10 Hz時，TENG的(a)輸出電壓和(b)電流與所施加的力的關系。當受到10 N的垂直力時，TENG的(c)輸出電壓和(d)電流與各種觸點分離頻率的關系。
Fig. 5. (a)垂直分離力為10 N，觸點分離頻率為10 Hz時，產生的輸出電壓和電流隨負載電阻的變化。(b)瞬時輸出功率密度與負載電阻的關系。(c) TENG通過橋式整流器對22 μF電容器的充電曲線。(d)TENG的穩(wěn)定性測試。
Fig. 6. (a)裝置結構示意圖和(b)葉片擺動能量采集工作原理示意圖，由接觸帶電與靜電感應耦合作用產生。(c)附著在以單電極模式工作的植物葉片上TENG的照片，以收集葉片擺動能量。(d)不同風速下TENG的輸出電壓信號。
Fig. 7. (a)裝置結構示意圖和(b)人類書寫過程的工作原理示意圖。(c)充當書寫板的TENG的照片，用于從書寫運動中獲取能量。(d)寫入動作的輸出電壓信號。
Fig. 8.用于書寫識別的摩擦電傳感器陣列的設計。(a)測量電壓信號。(b)相應的寫作模式。(c)書寫過程的光學圖像。
相關研究成果于2019年由浙江大學Jianfeng Ping 課題組，發(fā)表在Nano Energy (
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104121)上。原文：A multifunctional and highly flexible triboelectric nanogenerator based on MXene-enabled porous film integrated with laser-induced graphene electrode
