日前，國際權(quán)威期刊Nano Energy雜志發(fā)表了北京航空航天大學(xué)可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院智能檢測與診斷團隊與中國工程物理研究院研究生院基于生物友好材料殼聚糖的摩擦納米發(fā)電機的最新研究成果：“Modulating crystallinity and dielectric constant of chitosan film for triboelectric polarity shift and performance enhancement in triboelectric nanogenerators”。該論文被選為第Vol 117期（2023年12月）的封底文章。北航林京教授、中國工程物理研究院研究生院關(guān)雪飛教授、婁偉濤博士后為論文合作作者，北航博士生方澤豪為第一作者，何晶靖副教授為該文章的通訊作者，北航為研究論文的第一/通訊單位。

摩擦電納米發(fā)電機（TENG）作為一種新興技術(shù)，在能量收集方面具有廣闊的應(yīng)用前景。此項研究提出了一種基于殼聚糖的結(jié)晶度調(diào)控和介電性能增強的策略。封面的主體，以螃蟹的形式突出所使用的生物材料殼聚糖。螃蟹體內(nèi)表達了本文摩擦電改性的兩種機理：材料內(nèi)殼聚糖聚合物鏈形成了結(jié)晶結(jié)構(gòu)（藍色小方塊），通過調(diào)控結(jié)晶程度，可實現(xiàn)摩擦電極性的轉(zhuǎn)變。另一方面，聚合物鏈纏繞的碳納米管，在界面處會產(chǎn)生深陷態(tài)，從而誘導(dǎo)更多摩擦電荷，提升摩擦電性能。

研究通過分析殼聚糖分子鏈的靜電勢圖，與表面電勢表征技術(shù)相結(jié)合，解釋了由殼聚糖結(jié)晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的獨特的摩擦電極性轉(zhuǎn)移機理。此調(diào)控策略拓展了殼聚糖基TENG的配對材料選擇和應(yīng)用場景，并且為其他生物材料的摩擦電改性研究提供了可能的方案。

同時，通過摻雜納米材料單壁碳納米管（SWCNT），實現(xiàn)不同結(jié)晶度的殼聚糖薄膜的介電性能增強，進而提升摩擦電性能。優(yōu)化后的TENG最大轉(zhuǎn)移電荷密度為262 μC/m2，并且在20%~85%的濕度范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的輸出穩(wěn)定性。本研究為調(diào)控殼聚糖的摩擦電極性，提高其性能和穩(wěn)定性提供了新的思路，促進了天然生物材料在TENG領(lǐng)域的發(fā)展。

本項工作得到了國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點項目及寧波市國際科技合作項目資助。

審核編輯：劉清