【综述】Adv. Sci. | 基于介电调控的先进纤维素摩擦电材料构筑- 大数跨境

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2023-04-18

导读：聂双喜教授团队基于之前的研究工作，提出了通过介电调控构建极化性能增强型纤维素摩擦电材料的创新理念。

随着物联网和人工智能时代的到来，人们对便捷且高效的能量收集与转换技术愈发关注。摩擦纳米发电机 (TENG) 的迅速兴起提高了领域内对高性能和多功能摩擦电材料的兴趣。纤维素作为一种天然的大宗生物质资源，具有良好的介电性能和优异的机械强度，被广泛应用于多功能摩擦电材料的构筑。近年来，研究人员通过改变纤维素材料的化学结构和制备方法，进一步提高了其介电响应和摩擦电性能，大幅拓展了纤维素摩擦电材料在能量收集与转化、柔性可穿戴电子设备、人机交互以及自驱动传感等前沿领域的应用前景。在此背景下，深入研究纤维素的介电极化机制并探究其调控规律对于先进摩擦电材料的开发具有重要的科学和工程意义。

图1. 基于介电调控的先进纤维素摩擦电材料

近日，聂双喜教授团队基于之前的研究工作，提出了通过介电调控构建极化性能增强型纤维素摩擦电材料的创新理念。分别从介电常数、极化机制、介电测量技术等方面为纤维素的介电调控提供了理论基础；提供了物理结构设计、化学基团修饰以及功能填料选择等方面的指导性策略；展望了其在高效能量收集、可穿戴电子设备以及阻抗匹配等新兴领域的应用进展；展示了介电调控策略在先进功能材料构筑以及生物质高值化利用中的研究价值和开发潜力。

图2. 纤维素材料的本征优势

本文系统介绍了纤维素摩擦电材料的本征优势、摩擦电性能和常用制备方法，并讨论了通过介电效应增强纤维素摩擦电性能的巨大潜力。

图3. TENG的理论模型和摩擦电材料的极化机制

从介电常数和极化的角度分析了介电特性对TENG输出的影响。随后，归纳了一系列预测纤维素材料有效介电常数的理论模型，比较了它们之间的侧重点。此外，从渗透效应的角度分析了纤维素摩擦电材料介电调制过程中阈值现象的负面影响。随后总结了一些常用的介电表征方法，并对它们之间的技术特点进行了比较。

总结与展望

纤维素是自然界中常见的一种聚合物，具有天然的正摩擦电特性、高丰度、高柔韧性、高化学反应性、可组装性、可生物降解性和生物相容性等独特优势。已广泛应用于能量收集、自供电传感器、人机交互、智能监控、柔性可穿戴电子设备等物联网应用。纤维素材料能够在工业中持续扩大和制造，有希望满足未来TENG对可持续先进摩擦电材料的大量需求。本综述介绍了一种具有高介电性能的先进纤维素摩擦电材料，通过介电调控策略所构筑。作为一种很有前景的材料制备思路，介电调控通过赋予纤维素摩擦电材料优异的功能特性，极大地扩展了纤维素基TENG的应用潜力。本文的最后对纤维素摩擦电材料的大规模推广进行了详细讨论，展望未来前景的同时也提出了许多亟待解决的关键挑战。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Fabrication of Advanced Cellulosic Triboelectric Materials via Dielectric Modulation

Guoli Du, Jinlong Wang, Yanhua Liu, Jinxia Yuan, Tao Liu, Chenchen Cai, Bin Luo, Siqiyuan Zhu, Zhiting Wei, Shuangfei Wang, Shuangxi Nie

Adv. Sci., 2023, DOI: 10.1002/advs.202206243

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