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  近日，香港理工大學應用物理系郝建華教授（通訊作者）研究小組構建了一種自愈TENG。通過自愈聚合物和磁輔助電極的引入，使得發(fā)電機在遭到損傷后可自行修復。該發(fā)電機在經過5個損傷-修復周期后，發(fā)電機的性能仍然能夠達到初始的95%。這項研究為發(fā)展新型機械能收集器件提供了可行方案。該研究成果以“Fully Self-healing and Shape-tailorable Triboelectric Nanogenerators Based on Healable Polymer and Magnetic-assisted Electrode”為題發(fā)表在Nano Energy上。

圖1. 自愈摩擦納米發(fā)電機的結構和發(fā)電機理圖

（a）自愈摩擦納米發(fā)電機的結構示意圖；

（b）自愈TENG（4 cm × 6 cm）的光學照片：（左）插圖展示的是底電極的光學照片，（右）插圖展示的絕緣層底面圖案的光學照片；

（c-f） 自愈TENG的發(fā)電機理圖：（c）完全接觸狀態(tài)，（d）逐漸分離狀態(tài)， (e) 逐漸接觸狀態(tài)，（f）完全分離狀態(tài)。

圖2. 自愈TENG的電學輸出性能表征

（a）  在施加6.25 N作用力下，自愈TENG的開路電壓；

（b）  在施加6.25 N作用力下，自愈TENG的短路電流；

（c）  在施加6.25 N作用力下，自愈TENG的輸出電壓和電流隨負載電阻變化圖；

（d）  在施加6.25 N作用力下，自愈TENG的輸出功率密度隨負載電阻變化圖。

圖3. 聚合物摩擦層的自愈性能表征

（a）  PDMS-PU的自愈過程：（Ⅰ）初始態(tài)的PDMS-PU（Ⅱ）切斷后的PDMS-PU（Ⅲ）在65℃自愈后的PDMS-PU；

（b）  （上）損傷樣品的光學顯微圖片，（下）自愈后的光學顯微圖片；

（c）  自愈后的樣品在拉伸前后的圖片；

（d）  初始樣品和不同自愈時間和溫度下，自愈樣品的應力-應變曲線；

（e）  在不同自愈時間和溫度下，PDMS-PU薄膜的應變恢復百分比。

圖4. 聚合物自愈機理

（a）  自愈聚合物結構示意圖；

（b）  所制備PDMS-PU薄膜中二硫鍵的可逆交換反應；

（c）  所制備PDMS-PU薄膜中的可逆氫鍵連接；

（d）  所制備PDMS-PU薄膜的自愈機理。

圖5. 器件的電極自愈性能表征

（a）  通過和LED燈泡串聯(lián)來定性表征頂部電極的自愈過程：（Ⅰ）初始電極（Ⅱ）切斷后電極（Ⅲ）自愈后電極；

（b）  底部電極的自愈過程；

（c）  損傷前和自愈后電極的I-V曲線；

（d）  頂部和底部電極在不同損傷-自愈周期下的電阻變化。

圖6. 發(fā)電機自愈過程中輸出性能表征

（a）  在初始態(tài)、斷裂后、自愈后，所制備TENG的短路電流；

（b）  在初始態(tài)、斷裂后、自愈后，所制備TENG的開路電壓。

圖7. TENG的形狀重塑性能

（a）  自愈TENG從方形變?yōu)閹蔚闹厮苓^程：（Ⅰ）初始器件（Ⅱ）切斷后（Ⅲ）組裝（Ⅳ）重塑器件；

（b）  施力物體與發(fā)電機之間的形狀匹配對短路電流輸出的影響；

（c）  自愈TENG從初始方形到手形的形狀重塑過程；

（d）  腳部運動驅動方形TENG產生的開路電壓；

（e）  手拍打驅動方形TENG產生的開路電壓。

  該團隊通過將自愈PDMS-PU聚合物和磁輔助自愈電極集成構建了一種自愈摩擦納米發(fā)電機。該發(fā)電機在某部分受到機械損傷后，由于自愈聚合物的機械特自愈性和磁輔助電極的電學自愈特性，能夠很好的修復損傷部分，進而實現(xiàn)器件性能的恢復。同時，該自愈發(fā)電機還具有形狀可裁剪特性，使發(fā)電機能夠更好的收集機械能和匹配復雜的機械傳感。這為發(fā)展長壽命、高穩(wěn)定性和目標適應性的自驅動能源器件提供了可行方案。

  文獻鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517305219?via%3Dihub