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  近日，深圳大學黃龍彪、清華大學孫富春和香港理工大學郝建華課題組合作報道了一種基于4D打印技術的摩擦納米發電機，以形狀記憶聚合物—聚氨酯（PU）為主體材料，并使用熔融沉積建模技術（FDM）構建摩擦納米發電機的主體結構，使得摩擦納米發電機具備良好的形狀記憶能力，極大地提高了摩擦納米發電機的使用壽命。（Nano Energy, 2021, 84,105873）

  摩擦納米發電機（Triboelectric Nanogenerator，TENG）可有效地將機械能轉換為電能或電信號。隨著TENG的不斷發展，摩擦納米發電機的結構越來越復雜且精密，而傳統的制備工藝難以滿足TENG的定制化、高效率且高精度的需求。此外，在實際應用中，TENG還需要進行高強度的摩擦或碰撞，這會導致摩TENG的性能出現衰減，從而影響TENG的使用壽命，并限制了TENG的實用性。通過對TENG現有的制備工藝進行大量的調研發現，目前尚無一種既能滿足TENG高效率且高精度制備需求，還能提高TENG使用壽命的工藝。

  本研究將4D打印技術引入用于制備TENG，利用形狀記憶材料（PU）的特點以及FDM的優勢，實現TENG復雜結構的制備以及使用壽命的提升。通過三維模型的設計以及對打印參數的控制，還能在摩擦層表面獲得微米級的形貌。其中銀納米線（AgNWs）層作為4D打印TENG（4DP-TENG）的導電層，使用噴涂設備在基底表面噴涂AgNWs -乙醇溶液，將乙醇揮發后即可在基底表面獲得均勻的AgNWs導電層（圖1）。

圖1 4D打印TENG的制備流程

  在高強度且高頻次的外力作用下，聚氨酯表面的微米級形貌會出現坍塌，整體結構將發生變形。由于聚氨酯具備形狀記憶功能，因此將變形后的聚氨酯置于60 °C環境下進行熱處理后，在固定相的作用下，聚氨酯的整體結構以及表面形貌都將得到恢復（圖2）。

圖2 聚氨酯結構以及表面形貌的形變-恢復過程

  使用上述4DP-TENG的制備流程完成垂直接觸-分離式TENG的制備，以PU與AgNWs分別作為摩擦層。并對垂直接觸-分離式TENG的電學性能進行表征，其中開路電壓、短路電流以及轉移電荷量分別為39 V、5.9 μA、43 nC。當負載電阻為10 MΩ時，其最大輸出功率密度達到56 mW/m²。此外4DP-TENG的形狀記憶功能也得到了驗證（圖3）。

圖3 4D打印垂直接觸-分離式TENG

  通過結構設計并使用4D打印技術制備了一款基于垂直接觸-分離式TENG的集能鞋墊。在60kg的實驗者正常行走時，該集能鞋墊能提供140 V的開路電壓，19 uA的短路電流以及95 nC的轉移電荷量。當負載電阻為7 MΩ時，最大輸出功率密度能達到56 mW/m²。集能鞋墊的輸出經過整流后，能直接電量28顆綠光LED，同時，集能鞋墊的形狀記憶功能也得到了了驗證（圖4）。

圖4 4D打印集能鞋墊

  使用4D打印技術制備了六光柵盤結構的獨立層式TENG，根據獨立層式TENG輸出信號的特征，設計了一個檢測關節運動角度的傳感器，該傳感器可以根據TENG輸出電信號的相位信息判斷關節的關節角度。當傳感器性能出現衰減時，輸出信號的相位信息仍然不會受到影響。這種根據相位判斷轉動角度的檢測方式將有效提高傳感器的檢測精度，避免因器件性能衰減帶來的檢測誤差。同時，該傳感器同樣具備良好的形狀記憶功能（圖5、圖6）。

圖5 自供能傳感器檢測原理以及裝配示意圖

圖6 不同關節處傳感器的輸出信號

  以上工作以“4D-printed self-recovered triboelectric nanogenerator for energy harvesting and self-powered sensor”為題發表在Nano Energy（2021, 84,105873）上。深圳大學黃龍彪副教授和深圳大學碩士生韓建成為共同第一作者，通訊作者為黃龍彪副教授、清華大學孫富春教授和香港理工大學郝建華教授。該工作得到了國家自然科學基金項目（51973119）、廣東省自然科學基金（2018A0303130060/2019A1515011566）、廣東省自然科學基金資助項目（2019B1515120042）、深圳市科技創新委員會（JCYJ20170818101245583）、和PolyU PDFS（YW4N）的支持。

  論文連接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521001312

課題組博士后招聘信息

一、課題組信息

  深圳大學黃龍彪研究員長期從事聚合物材料的微納加工，并應用于光電與能源器件，目前以第一作者或共同作者在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials, Nano Energy、Small、Nanoscale、ACS Applied Materials & Interfaces等國內外核心期刊上發表論文50余篇，長期擔任Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials, Nano Energy、Small、Nanoscale、ACS Applied Materials & Interfaces等知名期刊審稿人。目前主持多項國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、深圳市科技創新委科研項目。

二、研究方向 

（1）軟物質功能材料；

（2）聚合物維納制造；

（3）綠色能源技術。 

三、長期崗位招聘信息

1. 崗位：博士后；招聘名額：不限；工作內容：聘期為2年，專職從事科學研究。

2. 崗位：碩士研究生；招聘名額：3位/年，其中學術碩士1位，專業碩士2位。 

四、博士后應聘條件

1. 國內外高校或研究機構博士畢業，獲得高分子化學/物理/材料，、材料科學、應用物理、應用化學、電子等相關專業博士學位，歡迎有企業工作經歷博士申請；

2. 在相關或相近研究領域已取得一定的研究成果（至少第一作者發表2篇SCI論文）；

3. 具有良好的學術道德和嚴謹的科學態度及團隊協作精神，能夠獨立開展相關領域的前沿研究。

五、聘期待遇 

享受深圳大學博士后待遇，享受深圳大學相關社保及公積金。獲聘的研究人員除了深圳大學的收入外，符合深圳市人才補助條件者可申請深圳市后備級人才，享有160萬元住房補貼；符合海外人才條件人員可申請深圳市孔雀人才計劃，享有160-200萬住房補貼。可以在聘期內以項目負責人身份以深圳大學為依托單位申報國家自然科學基金及各級科研基金項目。符合學校人事部門政策要求的優秀研究人員可申請轉為教師崗位。

六、應聘者請提供以下材料

1. 個人簡歷；

2.學歷、學位證明復印件、以及代表性論文（一個PDF文件）；

3.其它能夠說明科研能力的材料；

七、應聘程序 

1. 將應聘材料發到指定的郵箱；

2. 符合要求的應聘者擇優面試，在面試期間，應聘人員可了解課題組的研究內容及進展；

3. 面試結束后，經學校審批后再通知是否同意聘用。招聘方會對申請人遞交的應聘材料予以保密。 

八、聯系人

聯系人：黃老師

郵箱地址: huanglb@szu.edu.cn

地址：廣東省深圳市南海大道3688號實驗樓228室