基于微电容掺杂的高性能摩擦电纺织品

李环宇1, 王旭1, 付凡1, 杨伟峰2, 龚维1,3 ( 1.安徽农业大学 材料与化学学院；2.苏黎世联邦理工学院 健康科学与技术系；3.安徽农业大学 农业农村部农业传感器重点实验室)

摘要：摩擦纳米发电机(TENG) 作为一种可以将机械能转化为电能的新兴技术，为智能可穿戴设备的能源供给提供了新的解决方案。然而，传统可穿戴式TENG 电荷密度低、输出功率小仍是一个亟待解决的问题。本文分别采用铁电陶瓷钛酸钡(BaTiO3)和二维过渡金属碳/氮化物(MXene)作为正、负极摩擦材料的填充物构筑了一种高性能摩擦电纺织品。借助BaTiO3的铁电效应和MXene 的界面极化效应形成了两种微电容，促使正极摩擦材料聚乳酸(PLA)和负极摩擦材料聚偏二氟乙烯(PVDF)的电荷密度相应增加，从而提高摩擦电纺织品的输出性能。研究结果表明：当BaTiO3掺入量为6wt%，MXene掺入量为0.10wt% 时，摩擦电纺织品的输出功率高达99 W/m2，此时输出电压为1600V，短路电流为50μA，分别是纯PLA-PVDF体系的2.7倍与3.6倍。在固定拍打频率下可同时点亮480颗发光二极管(LED)，并可供应电子手表的正常运行。上述结果表明PVDF/MXene-PLA/BaTiO3体系有效提升了传统TENG 的输出性能，具备良好应用前景。

关键词：摩擦电纺织品；纳米纤维；微电容；钛酸钡；二维过渡金属碳/氮化物