高强度耐低温离子水凝胶的制备及在摩擦纳米发电机中的应用

王洋，刘文博，杨宇，姜炜坤，吕高金 （齐鲁工业大学（山东省科学院）生物基材料与绿色造纸国家重点实验室）

摘要：摩擦纳米发电机（TENG）作为一种新型可持续的能量收集设备，具有自供电、高输出、低成本、灵活性和轻量化等优点。然而，传统TENG的电极材料为金属薄膜、碳片和液态金属等，存在可拉伸性差、导电性差且在低温无法工作等缺点。文中将氯化锌（ZnCl2）、磺基甜菜碱（SBMA）、纳米纤维素（CNC）和柠檬酸（CA）引入聚丙烯酸（AA）基体中，制备了具有优异力学性能（拉伸强度2.16 MPa、断裂伸长率382%）、抗疲劳性、导电性能（9.3 mS/cm）、抗冻性能（-75 ℃）和保水性能的离子水凝胶材料。基于该离子水凝胶所制备的TENG具有良好的可拉伸性、抗冻性（-50℃）和稳定的输出电压（60 V），能够将人体运动产生的机械能转化为电能，并成功点亮了39 个LED 灯。因此该水凝胶基TENG在能量收集领域展示出巨大的发展潜力，具有广阔的应用前景。

关键词：纳米纤维素；柠檬酸；磺基甜菜碱；氯化锌；摩擦纳米发电机