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  對于即將到來的物聯網（IoT）時代，大規模傳感器網絡和系統需要無線、可持續和獨立的運行模式。壓電納米發電機（PENG）是一種基于麥克斯韋位移電流收集機械能并直接感知外部機械刺激的新興能源技術，為各種自供電的感知系統提供了可行性。然而，聚合物固有的弱壓電效應導致所制備的PENG 的壓電輸出低且信號不穩定，這成為其在物聯網中廣泛應用的瓶頸。近年來，研究人員投入了大量精力開發具有改善壓電性能的聚合物 PENG，但受限于在狹窄的長度尺度內有限的形態/結構調節，仍遠未達到所需的壓電性能。由于通常需要電極化后處理或結合靜電紡絲技術來實現更高的壓電輸出，這種高能耗或復雜的制備工藝限制了其規模化應用，同時潛在的電擊穿故障也限制了傳感設備的設計與應用。迄今為止，具有高靈敏度和穩定壓電輸出的聚合物 PENGs 的規模化制備仍然是一個極大的挑戰。

  近日，四川大學張新星教授團隊報道了一種非共價組裝介導的固相拉伸策略，用于制備無需電處理的具有多級各向異性結構的高性能聚合物PENG。隨著甘氨酸改性二硫化鉬納米片的應力誘導各向異性排列，2D納米片和聚偏二氟乙烯（PVDF）偶極子之間的強分子間相互作用和限制可以積極地誘導PVDF在有利的方向發生自極化β相變。得益于此，未經額外電處理的納米復合材料表現出優異的壓電性能（d₃₃=24.9 pC N ^-1）和強韌機械性能（拉伸強度為213.3 MPa，韌性為85.8 MJ m ^-3），遠超大多數報道的聚合物壓電材料。利用這些優勢，基于PENG的自供電生理傳感器顯示出高度敏感和穩定的輸出信號，可滿足不同應變大小的人體運動監測要求。這項工作為各種能量收集設備和自供電傳感系統的大面積兼容和低能耗制造提供新路徑。

  對于有機/無機雜化體系，必須考慮界面形態工程和合理的結構規劃，以實現材料的多級各向異性結構（圖1）。基于團隊前期研究工作（Adv. Mater. 2019, 1900042; ACS Nano 2020, 14, 7055; Nat. Commun 2021, 1291; Small 2022, 18, 2104048），在不同組分間引入動態非共價相互作用可改進材料的加工性和界面相容性。本研究采用兩親性甘氨酸作為穩定劑將塊狀 MoS₂剝離成單層或少層 Gly-MoS₂納米片。MoS₂納米片上甘氨酸分子的原位共結晶在剝離過程中占主導地位，不僅賦予其激活的面外壓電性，而且賦予它們豐富的極性表面，有利于它們在聚合物基質中的非共價組裝（圖2）。

  動態交聯界面的構建為 PVDF 分子鏈和 Gly-MoS₂納米片在固相拉伸過程中的各向異性排列提供有效的鏈遷移率和驅動力，從而賦予所得納米復合材料具有顯著的機械增強（圖3）.

  上述工作近期以“Ultrarobust, Hierarchically Anisotropic Structured Piezoelectric Nanogenerators for Self-Powered Sensing”為題發表在《Nano Energy》上。論文第一作者為四川大學高分子研究所博士生黃鑫，通訊作者為高分子材料工程國家重點實驗室張新星教授，本研究工作得到國家自然科學基金（52173112、51873123），國家高層次人才特殊支持計劃青年項目和四川省杰出青年科學基金（2021JDJQ0017）資助支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107379