2020-07-29 01:30:25 布鲁克电子显微纳米分析仪器部
布鲁克文章推荐 第42期
Bruker Journal Club
布鲁克纳米表面仪器部 魏岳腾 博士
在节能环保的发展趋势下,摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator, TENG)的相关研究得到越来越多的关注。它利用生活中广泛存在的摩擦现象,通过设计微/纳米结构的摩擦表面将机械能高效率地转化为电能,在可穿戴智能设备、物联网、自驱动设备等方面具有广阔的应用前景。之前的文章中介绍过如何提高摩擦纳米发电机在湿度环境中的持久性和稳定性。本文将介绍一种新型的摩擦纳米发电机——木基摩擦纳米发电机。通常的摩擦纳米发电机往往采用不可降解的高分子材料制备,会有潜在的环境问题。因此本文选择了环保且低成本的木材作为原料,制备了木基摩擦纳米发电机。这个工作是王中林老师课题组发表的。
如图1a所示,本文采用天然木材,经过简单的化学处理去除部分木质素(lignin)和半纤维素(hemicellulose),获得力学性能优异的改性材料。进一步通过在粗糙模板上对改性材料进行热压成型,获得新型木基材料。再作为介电材料与电极材料结合制备成木基摩擦纳米发电机。该发电机具有良好的转化效率和寿命,具有广泛的应用前景。比如将制备的纳米发电机做成阵列安装在乒乓球台台面下,可以检测乒乓球落点,判断是否出界。对落点数据进行分析可以获得落点的统计分布,使得乒乓球台具有接入物联网的可能(如图1b所示)。
作为介电材料,样品的表面形貌也会对介电常数造成一定影响。本文尝试了用不同目数的砂纸调控热压后木基材料,通过Contour GTK白光干涉仪准确测量表面三维形貌。如果这个工作有后续研究的话,定量研究表面形貌对介电常数的影响也许是其中一项内容。表面形貌可以用粗糙度、偏斜度、承载曲线或孔隙率等参数定量描述。
作为一种摩擦纳米发电机,材料的摩擦磨损特性直接关系到器件的性能和寿命。因此本文在UMT-TriboLab平台上,测试了改性木基材料的摩擦磨损特性,并与天然木材做对比。摩擦系数显示改性木材的摩擦系数稳定在0.15左右,而天然木材的摩擦系数则从0.2左右持续增加。通过白光干涉仪获得的磨痕三维形貌图也显示了天然木材较深的磨痕。结构说明改性木材的减摩耐磨性能比天然木材要好,制备的器件也有了长期稳定的物质基础。
本文对木基摩擦纳米发电机进行了系统的电学性能测试(结果未在本文显示),结果表明该发电机比天然木材制备的发电机增加约70%的输出。为了验证木基摩擦纳米发电机的应用可行性,本文还在乒乓球台上安装了该发电机阵列。如图4所示,通过研究乒乓球速度与输出电压的关系(图4e)可以从发电机的输出电压获得乒乓球速度。通过对落点附近的纳米发电机阵列进行统计分析,可以获得乒乓球的落点位置。当乒乓球的落点在球台的边缘时,还可以通过该阵列自动判断球是否出界。
文章信息如下,感兴趣的朋友可以自行下载阅读。
标题:Flexible and durable wood-based triboelectric nanogenerators for self-powered sensing in athletic big data analytics
作者: Jianjun Luo, Ziming Wang, Liang Xu, Aurelia Chi Wang, Kai Han, Tao Jiang, Qingsong Lai, Yu Bai, Wei Tang, Feng Ru Fan, Zhong Lin Wang
出处: Nature Communication 10, 5147 (2019)
DOI:Https://www.nature.com/articles/s41467-019-13166-6
本文相关链接:
Tribolab摩擦磨损试验机 简介:
https://www.bruker.com/cn/products/surface-and-dimensional-analysis/tribometers-and-mechanical-testers.html
扫码关注
布鲁克纳米表面仪器部
服务热线
400-890-5666
BNS.China@bruker.com
06-27 福立仪器
好礼来袭 | 分享您身边的特洁安身影06-27
大盘取厚势 落子开新局:战略聚焦开启品牌发展新篇章——访Veralto大中华区总裁秦晓培06-27 星羽
实验操作 | 质粒构建、转化、提取、鉴定、转染、测定(完整版)06-27 小 M
有投必奖 | 大家都用 MCE 产品做了啥? (感染领域)06-27 小 M
科研助攻 | 一文讲清:如何破解 PPI 靶点成药难题06-27 小 M
干货分享 | 谈谈天然产物的改构策略06-27 小 M
玉研口鼻暴露系统 | 精准、可控、高通量的动物肺部疾病造模工具,助力创新药物研发06-26 玉研仪器
高分离 高灵敏 高通量——福立液相LC5190重新定义分离需求06-26 福立仪器
医药行业指南:电位滴定仪选型攻略来啦~06-26
屹路同行 悦启新程06-26 屹尧科技
徕卡精准空间生物学解决方案 第四弹06-26 童昕、南希
【直播预告】第一届大湾区生物电镜制样讲习班06-26 徕卡显微系统
徕卡常规显微镜历经严苛的ISO9022标准测试06-26 徕卡显微系统
Viventis LS2 Live 光片显微镜发布会06-26 徕卡显微系统
前沿应用 | 经皮无创血糖检测中葡萄糖拉曼峰直接观测06-26 鉴知技术
SNEC光伏展圆满落幕 | OTT HydroMet闪耀时刻精彩回顾06-26 OTT HydroMet
激光指向稳定在光刻系统应用中的关键作用,及其优化方案!06-26 圈内人都会关注
推陈出新!通微公司携新品亮相本届CPHI06-26 Unimicro
远离氟污染!开启无氟接触前处理技术新篇章06-26