郑州大学橡塑模具团队在摩擦纳米发电领域取得新进展

日前，郑州大学橡塑模具国家工程研究中心在超临界二氧化碳发泡（scCO₂）技术制备高性能摩擦纳米发电机领域取得新进展。相关成果“Skinless Porous Films Generated by Supercritical CO₂Foaming for High-Performance Complementary Shaped Triboelectric Nanogenerators and Self-Powered Sensors”发表在了材料科学领域顶级期刊《Nano Energy》上。中心2019级硕士研究生倪高磊为文章第一作者，中心青年拔尖人才米皓阳和董斌斌副教授为文章共同通讯作者。

摩擦纳米发电机（TENG）可通过摩擦起电和静电感应的耦合作用将机械能转化为电能。研发简单、绿色、可规模化的方法制备输出性能优异、稳定性高的TENG是其面临的重要挑战。本工作提出了表面受限超临界二氧化碳（scCO₂）发泡法，制备了一种无皮层的热塑性聚氨酯（TPU）多孔薄膜作为正摩擦材料。通过在TPU薄膜两侧引入受限薄膜，使发泡过程中CO₂的溢出速率减慢并产生异相成核作用，进而在TPU薄膜表面制备出均一、细密的泡孔，有效增加摩擦层的粗糙度和接触面积，大幅度提升TENG的输出性能。另外，还制备了具有凸起结构的聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜作为负摩擦电层，与TPU薄膜形成互补结构，使TENG输出性能进一步提升。研制的新型TENG具有良好的柔性、耐磨性、优异的输出性能、极强的稳定性，能够为电容器充电，驱动计算器等小型电子器件，为批量化制备高TENG提供了一种绿色、高效的新方法。

研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点研究计划的资助。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106148

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