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  柔性摩擦納米發電機（TENG）因其在機械能收集、自供電傳感和人機交互中的廣泛應用潛力，近年來備受關注。然而，傳統TENG材料在實際應用中面臨多重挑戰：首先，其機械性能不足，難以應對復雜或高強度的動態應力環境；其次，自修復能力欠佳，限制了材料的使用壽命和維護效率；此外，其極端環境適應性較差，在極端溫度、高濕環境或長期使用條件下性能易衰減。低共熔凝膠（Eutectogel）因其優異的離子電導率、良好的熱穩定性和綠色可持續性，被視為柔性TENG的理想材料。但如何系統化進行分子結構優化設計，提升低共熔凝膠機械強度、自修復能力的同時，賦予材料極端環境適應性并優化TENG的電輸出性能，仍是亟待解決的核心挑戰。

  針對上述挑戰，近日，大連工業大學孫潤倉教授、邵長優副教授團隊和北京林業大學文甲龍教授團隊提出了一種創新的內外雙增強策略（IEDRS），通過分子層面的結構優化和多組分協同增強，顯著改善了低共熔凝膠的綜合性能。該策略通過內部增強和外部增強實現性能突破：內部通過引入高活性的甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）與過量乳酸（LA）反應形成共軛物單體，并在低共熔溶劑（氯化膽堿/乳酸）中通過無引發劑的紫外光直接引發原位聚合的創新性合成技術，構建了具有機械強韌與動態自愈特性的低共熔凝膠互鎖網絡骨架；外部則加入植物衍生的木質素（Lignin）天然高分子，利用其本征剛性結構和豐富羥基的動態氫鍵界面，同步提升低共熔凝膠的力學強度和自主愈合能力，并賦予凝膠卓越的可逆表面黏附性質。內部交聯網絡與外部氫鍵網絡協同作用相結合，實現低共熔凝膠高機械強度、超強韌性、快速自愈、高離子導電性和優異極端環境適應性的有效集成。該策略創新性地結合化學交聯與物理交聯，通過分子耦合作用將多種優異性能融入單一材料體系中，同時以綠色可持續的木質素和低共熔溶劑體系為基礎，展現出高效、環保和可持續的材料開發潛力。

  基于IEDRS策略制備的GLCL凝膠在多項關鍵性能上實現了突破：其機械性能顯著提升，斷裂應力高達1.53 MPa，韌性達到1.85 MJ/m3；材料的黏附性能表現優異，最大黏附強度可達4.76 MPa；同時具備優異的自修復能力，切割后的材料在室溫下可在12小時內恢復84.7%的強度。此外，GLCL凝膠具有卓越的環境適應性，能夠在?40°C至100°C的寬溫度范圍內保持穩定性能。這些優異特性使其成為柔性電子和極端環境應用中的理想材料。

  基于GLCL凝膠制備的摩擦電納米發電機（GLCL-TENG）展現出卓越的性能和廣泛的應用潛力。其電輸出性能優異，開路電壓高達294.4 V、短路電流1.9 μA、轉移電荷92.4 nC，并在動態條件下保持穩定。得益于GLCL內強烈的動態氫鍵相互作用，材料能夠快速自修復，即使在受損條件下依然保持強勁的電輸出能力。同時，GLCL-TENG在?40°C至100°C的寬溫度范圍內保持穩定輸出，并經過10,000次接觸分離循環后性能無明顯衰減，展現出優異的耐用性和極端環境適應性。憑借這些卓越性能，GLCL-TENG在自供電傳感與人機交互領域表現突出，能夠精準檢測手指、手腕及手臂的運動，廣泛適用于可穿戴設備和智能交互應用，并成功實現無線控制賽車游戲等創新應用。作為一種理想的全氣候能量采集解決方案，GLCL-TENG可為便攜式電子設備提供獨立供電，進一步拓展了其在能源采集和智能傳感領域的廣闊應用前景。

圖 6：GLCL-TENG在全天候生物機械能量收集中的應用。

圖8：利用自供電GLCL-TNEG控制界面實現無線操控下的車輛運動。

  以上研究成果近期以“Mechanically Resilient, Self-Healing, and Environmentally Adaptable Eutectogel-Based Triboelectric Nanogenerators for All-Weather Energy Harvesting and Human?Machine Interaction為題，發表在期刊《ACS Nano》上。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c12130