浙大平建峰团队AEM综述摩擦生物纳米发电机刘力扬

浙大平建峰团队《AEM》综述：摩擦生物纳米发电机

信息化社会快速发展所产生的电子垃圾和废旧电池对环境和人体造成了巨大威胁，由生态友好型生物材料制成的摩擦生物纳米发电机(Bio-TENG)正成为解决这类问题的最新尝试。bio-TENG是利用天然材料及其衍生物作为部分或全部摩擦电层材料的一种特殊TENG，具有优异的生物相容性和可降解能力。此外，基于TENG的固有特性，bio-TENG能从环境中获取随机能源用于电子设备供能

近日，浙江大学平建峰团队对bio-TENG相关工作进行了总结，阐明了生物材料用于构建TENG的原理，并从生物材料的种类及其性质、器件结构、应用领域以及前景与挑战进行了综述。文章涵盖了bio-TENG中生物材料的独特优势，介绍了现有bio-TENG的结构设计和能量收集机制，分析了bio-TENG在能量收集、自驱动传感和可植入医疗等领域中的潜在应用。该研究希望基于bio-TENG的新型传感和能量收集技术能给电子、医学、能源等众多领域带来新的灵感，并以题为“Bio-triboelectric nanogenerators: materials, structures and applications”的论文发表在最新一期的《Advanced Energy Materials》上。

图1. 基于天然材料的bio-TENGs及其应用

生物材料

根据生物材料成分的不同，这些生物材料可分为多糖、蛋白质和脂质。生物材料表面上的不同官能团赋予生物材料不同的电荷吸引和保留能力，这对生物TENGs的性能有很大影响。目前，从天然生物中提取的多种生物材料已应用于生物TENG用作摩擦电功能层，包括壳聚糖、纤维素、蚕丝、蜡质等。

图2 蚕丝表征

Bio-TENGs的结构设计

与传统的TENG相似，已报道的bio-TENG的结构也可以分为三种基本类型：垂直接触分离结构、单电极结构、独立式摩擦电层结构。其中，bio-TENGs的垂直接触分离结构最为常见，其次是单电极结构，而独立摩擦电层结构相对较少。

图3 Bio-TENGs的三种基本结构

总结与展望

与传统的聚合物相比，天然生物材料及其副产品具有无与伦比的优势，包括丰富的材料来源、低制造成本、简单的工艺以及出色的可降解性等。因此，我们可以使用bio-TENGs通过简单新颖的设计获得绿色电力，从而防止地球受到电子废物的污染。未来，在物联网的建设中，bio-TENGs有潜力取代传感器网络的传统能源系统，以降低成本。此外，基于微纳结构的bio-TENGs具有良好的电输出特性，通过结合它们出色的可降解特性和生物相容性，未来可将它们设计为可植入医疗设备或电源。

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