近日，闽江学院“福建省海洋传感功能材料重点实验室”王军教授课题组在柔性自供电显示器件研究取得重要进展。成果以《A Flexible Triboelectric Nanogenerator Based on Cellulose Reinforced MXene Composite Film》为题发表于国际期刊期刊Advanced Materials Interfaces (IF=6.147)。
金属碳氮化物(MXene)具有突出的导电性、丰富的表面官能团和可控的形貌等优异性能，这些性能使其广泛应用在纳米发电机和超级电容器领域。然而，由于缺乏机械强度，大多数MXene及其复合材料只是作为摩擦填充材料或者电极材料，并不直接参与到摩擦行为中。因此需要设计材料结构增强其机械强度。针对这个问题，王军教授课题组通过引入CNFs, 增强CNFs/MXene复合薄膜的机械强度和柔韧性，提升其温度电阻效应和压阻效应，更进一步得将摩擦纳米发电机与柔性交流电致发光器件集成后贴合在皮肤上，该成果在柔性电子和自供电系统领域有广泛的应用前景。
课题组通过引入CNFs为MXene纳米片提供骨架，MXene和CNFs之间形成共价键，极大地提升了复合薄膜的机械强度和柔韧性。复合薄膜具有很高的温度灵敏性，其20℃下的温度系数为0.045℃-1，同时其在50°的弯曲形变下电阻几乎不变。设计不同组分的CNFs/MXene摩擦纳米发电机，CNFs/MXene复合薄膜同时作为摩擦层和电极。课题组通过一系列研究发现：当CNFs/MXene体积比为2/5时，其转移电荷，输出电压和电流最大。经过两个月的测试后，其输出性能仍能保持相对稳定。
此外，柔性交流电致发光器件(ACEL)由高交流电压驱动，TENG具有天然优势，将TENG和ACEL集成为柔性自供电显示系统贴合在皮肤上。3Hz下面积为8cm2的TENG输出电压达到55V，因此，通过快速按压TENG，能够驱动ACEL发出绿光。
闽江学院材料与化学工程学院研究助理杨威为该论文的第一作者，陈华民副教授和王军教授为该论文的通讯作者，中国科学院半导体所的徐云研究员也参与了该项工作。闽江学院为第一完成单位，该工作得到了国家自然科学基金(12174172、52002162)、福建省自然科学基金(2020J01857、2019J01764)、福州市科技计划项目(2021-S-091、2020-GX-5、2020-S-29)以及闽江学院青年人才优培计划的支持。
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