摩擦纳米发电机（TENGs）因其结构简单、输出电压高和灵敏度强，被视为柔性可穿戴电子设备的理想材料。然而，当前柔性TENG在实际应用中仍受限于输出性能不足的问题。
针对这一瓶颈，江苏大学张彦虎副教授、高莽博士与刘宝副教授团队通过静电纺丝技术，成功制备出一种具有密集且不规则表面结构的正摩擦纳米层，显著提升了器件输出性能。研究通过调控导电MXene纳米片与铁电锶钛酸盐（STO）纳米颗粒的复合比例，系统优化了材料性能。实验结果显示，基于TPU/MXene/STO（简称TMS）复合薄膜的TENG，其电压和电流输出较纯热塑性聚氨酯（TPU）分别提升了7倍和34倍。
该TENG已实现柔性传感功能，能够准确检测手指弯曲曲率及多种呼吸模式下的气流信号，展现出在智能健康监测领域的广泛应用潜力。研究成果以“Multifunctional Sensitive Positive Friction Layer of TPU/MXene/STO Composited Film for Triboelectric Nanogenerator”为题发表于《Nano Letters》。
图文解析
图1. (a) 正摩擦层制备工艺示意图；(b) 接触分离型TENG结构及其工作原理；(c) 模拟TENG在接触与分离过程中的电势分布。
图2. (a) 不同STO掺杂量下电纺纤维的SEM图像及直径分布；(b) TPU、STO及复合薄膜的XRD图谱；(c) 拉伸应力-应变曲线；(d)(e) 开路电压与短路电流随STO含量变化趋势。
图3. (a) MXene复合薄膜的EDS图像；(b)(c) 不同MXene含量TENG的开路电压与短路电流；(d)(e) TPU/MXene体系输出性能总体趋势。
图4. (a) TPU/MXene/STO复合膜、STO与MXene的XRD图谱；(b) EDS光谱分析；(c)(d) TMS薄膜开路电压与电流输出趋势；(e) 摩擦层内部电荷分布与工作机理示意图。
图5. (a) 手指不同弯曲角度下的电信号响应；(b) 弯曲角度与信号变化关系；(c) 抓握动作识别；(d) 呼吸模式气流信号检测。
本研究获得国家自然科学基金（51705210）、机械系统与振动国家重点实验室开放基金（MSV202516）、江苏省博士后科研资助计划（2019K195）支持。论文第一作者及通讯作者为江苏大学张彦虎副教授，共同通讯作者为中南大学高莽博士与江苏大学刘宝副教授，合作者包括顾佳炜、施展、吴疆、李建伟、符昊、纪敬虎、杨兵军等。
原文信息
Yanhu Zhang, Jiawei Gu, Zhan Shi, Jiang Wu, Mang Gao, Jianwei Li, Hao Fu, Jinghu Ji, Bingjun Yang, and Bao Liu. Nano Letters 2025, 25 (14), 5713–5722.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c00048
