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工大要聞
省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在摩擦納米發(fā)電領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
來(lái)源:省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
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2025-12-18

近日,省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在高輸出、超耐用摩擦納米發(fā)電機(jī)研究中取得重要進(jìn)展,相關(guān)成果標(biāo)題為“Layer-EngineeredHybrid MoS2 Nanosheets for Synergistic Charge Trapping and Superlubrication toward High-Output Ultra-Durable Triboelectric Nanogenerators”的論文,在國(guó)際材料科學(xué)領(lǐng)域頂尖期刊《Advanced Functional Materials》(中國(guó)科學(xué)院一區(qū),TOP期刊,IF:19.0)上發(fā)表。該論文以蘭州理工大學(xué)省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一完成單位,趙坤副研究員為第一通訊作者,青島大學(xué)張克偉教授為共同通訊作者。

研究針對(duì)摩擦電材料普遍存在的電荷捕獲能力弱與耐磨性不足的問(wèn)題,提出了一種基于鋰離子插層法合成的單層-多層混合二硫化鉬(MoS?)納米片新策略。密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明,剝離后的MoS?中與層數(shù)相關(guān)的電荷轉(zhuǎn)移及能帶結(jié)構(gòu)調(diào)制,為增強(qiáng)表面電荷捕獲提供了理論依據(jù)。研究團(tuán)隊(duì)利用MoS?卓越的電荷捕獲能力和摩擦學(xué)優(yōu)勢(shì),開(kāi)發(fā)出一種MoS?/聚四氟乙烯(PTFE)復(fù)合薄膜,該薄膜展現(xiàn)出高負(fù)摩擦電極性與超低摩擦特性。經(jīng)優(yōu)化的2.8 wt%薄膜,其負(fù)表面電位為-0.31 kV,摩擦系數(shù)(COF)為0.07,與純PTFE相比,負(fù)表面電位絕對(duì)值提升了416.7%,摩擦系數(shù)降低了65.5%。在19.5 m s?1的風(fēng)速下,該風(fēng)驅(qū)摩擦電納米發(fā)電機(jī)(TENG)的輸出電壓、電流和功率分別達(dá)到452 V、58 μA和6.98MW,并且在歷經(jīng)2160萬(wàn)次循環(huán)后,仍能保持約95%的初始開(kāi)路電壓。基于此,研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步制備了自供電心率監(jiān)測(cè)帶和呼吸傳感器,彰顯了其在生理監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

這項(xiàng)工作為摩擦電材料的設(shè)計(jì)提供了一種新策略,為開(kāi)發(fā)高性能、超耐用的TENG提供了重要參考。(圖/文:趙坤;審核:張飛龍)