兰州化物所摩擦起电功能材料研究获系列进展

界面的摩擦起电性质与其所处环境密切相关，通常高湿度的大气会加速摩擦起电过程中静电荷的传输和耗散，大大降低摩擦纳米发电机等器件在能源收集与自供电传感检测等领域的应用。另外，环境湿度对界面摩擦电荷的产生、传输和静电积累的影响机制尚不清晰。如何通过材料选择与设计实现高湿环境下器件的高性能输出与稳定运行仍是迫切需要解决的问题。

中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室王道爱研究员团队设计了一种基于氢键增强的聚乙烯醇（PVA）基TENG，并将其应用于医用口罩领域，解决了传统聚丙烯（PP）基医用口罩长时间佩戴过程中口罩中间吸附层电荷耗散过快的问题。相关论文发表于《先进功能材料》。

PVA基中间吸附层材料富含的羟基官能团，能与呼出的水蒸气分子自发形成氢键固定水分子，实现高湿度下摩擦起电能力的增强。同时，PVA材料优异的电荷储存性能可大大减缓电荷的耗散速率，并可通过拍打、摩擦等简单易行的方式实现口罩自充电，延长其有效使用寿命。

而纯PVA材料的吸水速度慢、抗膨胀性差的特性限制了PVA基TENG在高湿环境下的机械稳定性和渗透性能。为此，研究团队设计制备了聚丙烯腈/聚乙烯醇-氯化钙复合薄膜，提高了PVA在高湿度下的吸水和抗膨胀性能、机械力学性能和摩擦学性能。此外，使用该材料组装的TENG器件应用于海水淡化，其能耗仅为0.19 kWh m^-3，大大低于传统直流电源供电的海水淡化，为利用风能、波浪能等蓝色能源原位实现海水淡化提供了一种可行、有效的方法。

相关论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202306702

PVA基耐湿、自充电口罩的结构设计与微观形貌。兰州化物所供图。