摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）已被開發(fā)為高效且可持續(xù)的電源，可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。目前已經(jīng)進(jìn)行了相當(dāng)多的研究來開發(fā)可以收獲各種形式，尤其是來自人體運動的能量的機(jī)械能的柔性TENG的可穿戴設(shè)備。特別是，由于可穿戴設(shè)備符合柔軟的人體組織和頻繁的人體運動而不會降低設(shè)備性能，并且透明度有助于視覺傳輸信息的潛在應(yīng)用。因此，柔軟、可拉伸和透明的TENG在可穿戴電子產(chǎn)品中顯示出巨大潛力。

近日，東華大學(xué)纖維材料改性國家重點實驗室游正偉等人在Nano Energy上發(fā)表了一篇題為“Ionogel-based, highly stretchable, transparent, durable triboelectric nanogenerators for energy harvesting and motion sensing over a wide temperature range”的文章。他們提出了一種基于離子凝膠的摩擦納米發(fā)電機(jī)（I-TENG），具有高拉伸性（> 400%），透明度和寬溫度耐受范圍（-20至100°C）。含有離子液體[1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺（[EMI] [DCA]））的離子凝膠通過紫外光聚合3-甲基（甲基丙烯酰氧基乙基）銨丙烷磺酸鹽（DMAPS）和丙烯酸一步制備。過硫酸銨作為光引發(fā)劑。離子凝膠網(wǎng)絡(luò)由DMAPS部分上的側(cè)鏈兩性離子官能團(tuán)之間的偶極-偶極相互作用以及離子液體離子和離子化基團(tuán)之間的離子-偶極相互作用構(gòu)成。所制備的離子凝膠表現(xiàn)出高拉伸性（~800%），透明性和離子導(dǎo)電率。離子凝膠與聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜組成的I-TENG在負(fù)載電阻為10MΩ時的峰值輸出功率為1.3 W m-2。此外，I-TENG具有優(yōu)異的抗疲勞和耐久性能，其電輸出性能至少穩(wěn)定一個月。I-TENG可以從各種人體運動中獲取機(jī)械能，并作為自供電的人體運動傳感器。更重要的是，I-TENG能夠在-20至100°C的寬溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)長期穩(wěn)定的電輸出和傳感性能。

本文設(shè)計了一種基于離子凝膠的新型TENG，其在-20至100℃的寬溫度范圍內(nèi)甚至在拉伸狀態(tài)下，顯示出高透明度，可變形性，耐久性和穩(wěn)定的電輸出性能。I-TENG展示了有效的生物力學(xué)能量收集和自供電生理監(jiān)測，表明其在可穿戴電子設(shè)備，電子皮膚（E-skin），軟機(jī)器人和人工智能中的巨大潛力。未來，研究人員將開發(fā)更高效的離子凝膠和相關(guān)密封材料，以改善I-TENG的各種性能，適用于各種應(yīng)用。此外，可拉伸，柔軟和透明的離子凝膠可以成為在各種條件下使用的其他電子設(shè)備（可拉伸超級電容器，軟體感應(yīng)驅(qū)動器，多功能傳感器等）的理想電極和電解質(zhì)材料，甚至在沙漠和雪原等惡劣條件下使用。

該論文的第一作者為東華大學(xué)博士生孫利杰，游正偉教授為該論文的通訊作者，管清寶副教授為論文的共同作者。該項工作得到了國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、東華大學(xué)勵志計劃等基金的資助。