Advanced Energy Materials:摩擦生物纳米发电机:材料、结构及应用

浙江大学平建峰研究员团队对bio-TENG相关工作进行了总结,阐明了生物材料用于构建TENG的原理,并从bio-TENG中生物材料的种类及其性质、器件结构、应用领域以及前景与挑战进行了综述。文章涵盖了bio-TENG中生物材料的独特优势,探讨了bio-TENG的结构设计和能量收集机制,研究了bio-TENG在能量收集、自驱动传感和可植入医疗等领域中的潜在应用,并对bio-TENG未来的发展趋势和可能遇到的挑战进行了展望。

作为地球上最丰富的可再生资源之一,天然生物材料的应用场景极为广泛。它们不仅可以用于食品开发,工业加工,还可以用于医疗诊断和医疗材料的开发。因此,每天都会产生大量的生物副产物,如何处理这些副产物是目前研究的热点。基于这些副产物开发具有高能量转化效率和无污染的bio-TENG是近年来开发的新方法。与传统的聚合物相比,天然生物材料及其副产品具有无与伦比的优势,包括丰富的材料来源、极低的制造成本、简单的工艺、较高的能量转换效率和出色的可降解性。因此,我们可以使用bio-TENGs通过简单新颖的设计获得绿色电力,从而防止地球受到化石燃料和电子废物的污染。此外,由于生物材料来源广泛,人们还可以在一些偏远地区以简单的步骤制作bio-TENG,以获取动力。在物联网的建设中,bio-TENG也可以取代传感器网络的传统能源系统,以减少化石燃料的使用。基于微纳结构的bio-TENG具有极高的灵敏度和电输出特性,通过结合它们的可降解特性和出色的生物相容性,可被设计为可植入医疗设备或电源。

当然,由于bio-TENG的研究才刚起步,在实际应用中仍然存在一些问题。首先,bio-TENG的输出稳定性受环境的影响很大;其次,与传统的电磁感应发电机相比,bio-TENG的输出功率密度仍然较低;当应用于传感器网络或可穿戴设备时,现有的bio-TENG仍然太大,无法与其他设备高密度集成;最后,目前在bio-TENG领域报道的生物材料的类型和应用场景相对太少。总而言之,尽管bio-TENG还存在着一些缺点,但是无疑是解决电子废物和设计绿色电子产品的一个有效方法。 相关工作在线发表在Advanced Energy Materials 上。(DOI: 10.1002/aenm.202002001)