钙离子调控纳米纤维素基TENG性能的研究

吴晓飞，魏 雨，付晓飞，张正健，陈蕴智

(天津科技大学轻工科学与工程学院，天津 300457)

为了响应2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”的国家号召，开发可持续、环境友好的清洁能源已经成为了当下的研究热点[1]。摩擦纳米发电机（TENG）拥有独特的发电方式和结构，便于收集和利用日常生活中的不易察觉的能量[2-4]，可以为双碳战略做出重要贡献。

TENG独特的发电原理和结构使得其可以广泛用于各种器件[5]，然而使用非环境友好型材料制备TENG势必会造成污染。因此，需要对环境友好型材料进行改进以使其能用于制备TENG[6-8]。

研究表明，纤维素与离子结合可以实现不同的功能。FRANCON等[9]以微米纤维素纤丝（CMF）为主要结构骨架，填充纳米纤维素纤丝（CNF）制备气凝胶，材料成型后，负载银离子用于杀菌。ABOUZEID等[10]使用海藻酸钠和纳米纤维素凝胶（CNF）共混制成墨水，采用3D打印得到网状层结构，最后使用氯化钙溶液与海藻酸钠内交联固化，得到了可以用于医疗领域，生物相容性好的骨质硬化网状物。CAI等[8]在醋酸纤维素/聚氨酯（CA/PU）正摩擦层表面接枝铵根离子（NH3+），将其转变成了离子型合物，以增强离子转移，可以使TENG产生更多电荷转移，从而产生更大功率输出。

本文采用天然纤维素为主要材料制备TENG，研究了钙离子调控对纳米纤维素基TENG性能的影响。以CNF水凝胶为主要材料，通过添加甲基纤维素（MC）得到黏度适中、流变性能好的3D打印墨水，通过3D打印得到拥有结构化图案特征的正极材料，并用于制备垂直接触-分离式摩擦纳米发电机。……