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  隨著柔性電子在智能化和便攜化領域的快速發展，開發和利用可持續的高性能電源已成為研究熱點。摩擦納米發電機(TENG)作為一種新型的能量收集器具有柔韌、便攜、小型化等優勢， 能夠將周圍環境中的機械能轉換為電能，成為實現可穿戴自供能電子設備的理想手段之一。然而，如何通過調控正電材料的結晶度和微觀結構開發具有高摩擦產電材料，從而實現高輸出TENG的制備仍然極具挑戰。近期，華南理工大學機汽學院張水洞教授課題組采用聚乙二醇單甲醚(mPEG)增塑聚乳酸(PLA)，結合靜電紡絲技術制備出高結晶度（由5%提高至45.9%）和具納米結構的PLA/mPEG纖維，將其作為正電材料制備輸入功率密度達116.21 W/m²的TENG，并能實現蜂鳴器的音樂演奏。

圖1. (a) PLA-mPEG薄膜的FTIR譜圖和(b)XRD譜圖。(c) PLA/mPEG納米纖維薄膜的儲存模量和(d) tanδ曲線。

圖2. 不同濃度mPEG制備的P(VDF–TrFE)/PLA-mPEG TENGs的(a)開路電壓和(b)短路電流。

圖3. (a, b) P(VDF–TrFE)/PLA-15mPEG TENG 在不同外部負載電阻下的輸出電壓、功率密度和輸出功率。(c, d) P(VDF–TrFE)/PLA-15mPEG TENG在10⁴按壓釋放循環中前后 50 次循環測得的輸出電壓和電流。

圖5. (a) P(VDF–TrFE)/PLA-mPEG TENG 通過手指按壓產生的輸出電壓。(b) TENG在一次按壓?釋放循環中產生的輸出電壓。(c) P(VDF–TrFE)/PLA-mPEG TENGs 作為音符通過蜂鳴器播放音樂的數碼照片， (d) 用手指按壓作為音符的 TENGs 產生的輸出電壓。

  如圖5所示，TENG可以有效地收集手指按壓的微小機械能并將其轉換為電能。當按下TENG音符時，信號處理系統接收輸出電壓信號。通過TENG和信號處理系統之間的實時通信，信號被傳輸到匹配的蜂鳴器，然后蜂鳴器發出相應音符的聲音。此外，當按順序按下音符“Do，Do，So，So，La，La，So”和“Fa，Fa，Mi，Mi，Re，Re，Do”時，蜂鳴器可以播放“Twinkle Twinkle Little Star”的曲調。因此，P(VDF–TrFE)/PLA mPEG TENG可以檢測手指按壓信號，并通過TENG與信號處理系統之間的實時通信來完成音樂的播放。

  相關論文鏈接:

  [1] Xingxing Shi, Wanjie Si, Jingyi Zhu, Shuidong Zhang*. Boosting the Electrical Performance of PLA-based Triboelectric Nanogenerators for Sustainable Power Sources and Self-powered Sensing. Small. https://doi.org/10.1002/smll.202307620.

  [2] Xingxing Shi, Shuidong Zhang*, Shaoqin Gong*. A self-powered and arch-structured triboelectric nanogenerator for portable electronics and human-machine communication. Journal of Materials Chemistry A, 2020, 8, 8997-9005.