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  由于智能生活理念的快速發展，能夠自供電和感知環境參數與用戶活動信息的便攜式柔性設備已成為近年來增長最快的消費電子產品之一。目前，由于傳統的電源如電池和電容器具有需要反復充電、不能變形、易燃、不利于環境保護的缺點，已經成為阻礙便攜式柔性設備廣泛應用的短板。在新興技術中，摩擦納米發電機（TENGs）由于其靈活性、低成本、結構簡單、輕質、顯著的輸出性能、廣泛的材料選擇和工作環境的多樣性，已經成為便攜式和柔性設備的理想候選電源之一。摩擦納米發電機由摩擦層和電極組成，基于摩擦起電和靜電感應的耦合效應，可以有效地將機械能轉化為電能。自被提出以來，該技術已經在能量收集、自供電傳感器、生物醫學監測和智能生活方面展現出廣闊應用前景。然而，摩擦納米發電機在工作過程中所遭受的拉伸、擠壓、彎曲等周期性機械力會導致其產生損傷，使其整體性能下降，使用壽命縮短，甚至功能喪失。因此利用超分子化學來制備具有高機械強度、環境穩定和高輸出性能的自修復摩擦電納米發電機具有重大研究意義。

  吉林大學化學學院超分子結構與材料國家重點實驗室李洋副教授課題組長期從事自修復彈性體的功能化研究。致力于通過超分子作用力來合成兼具自修復性能、機械性能與電學性能的彈性體并應用于與各類柔性電子器件。近年來，該課題組在自修復彈性體制備電子器件方面取得了一些進展：（1）具有高機械強度與高離子電導率的自修復離子凝膠傳感器(ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 57477–57485)。（2）可實現穩定，高效，長壽光熱水蒸發性能的自修復親水多孔光熱膜 （CCS Chem. 2021, 3, 2494–2506）（3）高強度自修復離子凝膠用于制備高機械性和環境穩定性的納米摩擦發電機（Nano Energy 2021，90， 106645）（4）室溫自修復離子凝膠用于高效穩定的CO₂分離 (J. Mater. Chem. A 2022, 10, 4695–4702)。基于在制備自修復功能材料與柔性電子器件方面的寶貴經驗，近期該課題組設計并報道了一種自修復的氟化聚（氨酯聚脲），并用于制備具有高機械性和環境穩定性的多功能全修復摩擦電納米發電機。首先，作者通過由NH₂-PDMS-NH₂與IPDI的反應合成了異氰酸酯封端PDMS，然后將得到的預聚物與擴鏈劑（HFDD）反應，得到所需的聚合物SF-PUU_x，通過對SF-PUU_x的優化調節，最終選擇具有高強度、高介電、高輸出和優異自修復能力的SF-PUU₁作為最優的摩擦層實驗樣品。并且將SF-PUU₁作為摩擦層與自修復離子凝膠電極組裝，獲得了一種輸出功率密度為2.75 W m^-2的全修復納米摩擦發電機(FSI-TENG)。FSI-TENG在被灰塵污染后、儲存在-30 ^?C或90 ^?C環境中、浸泡在1 M鹽酸、氫氧化鈉溶液和海水中、折疊、踩踏和拍打都可保持其電輸出性能。因此，它可以作為一個高輸出的能量發電機來驅動電子設備，并作為一個靈敏的自供電傳感器，以滿足多個應用場景的需求。更重要的是，全自修復的TENG可以充分恢復其機械性能、環境穩定性和損傷后的輸出性能，有效保證了其良好的可靠性和使用壽命。

圖1. 自修復氟化聚（氨酯聚脲）的設計與合成。

圖2. 自修復氟化聚（氨酯聚脲）的優化。

圖3. 全修復摩擦納米發電機的多場景應用。

圖4. 全修復摩擦納米發電機修復性能的展示。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108243