Materials Today：纤维素摩擦电材料用于极端环境能量收集

01研究背景

随着第四次工业革命的迅猛发展，人类对未知领域的探索不断深入，如：寒冷的极地、干旱的沙漠、辐射的太空和高压的深海等环境，这对现代先进材料提出了可再生、高耐受、高稳定等更加严格要求。主要用于摩擦纳米发电机(TENGs)的摩擦电材料因其出色的能量收集与转换能力，正成为可穿戴设备、软机器人、人机交互界面等领域在极端环境条件应用的新型候选者。纤维素的独特的可调性性和摩擦电性能，被广泛的应用于多功能摩擦电材料的构筑。近年来，研究人员通过合理调控纤维素的物化特性以及制备方法，赋予了纤维素摩擦电材料良好的耐受特性，大幅拓展了纤维素摩擦电材料在各种极端环境条件的先进应用。在此背景下，深入研究多尺度纤维在各种极端环境条件下的耐受特性规律，这对于拓展纤维素基自供电设备应用领域的发展具有重要意义。

02研究内容

纤维素作为地球上储量最丰富的可持续生物高分子材料，具有独特的物理多维结构和表面化学可控的优势，广泛存在于绿色植物等生物质资源中。与其他介电材料相比，通过多尺度界面工程合理的物化调控，可赋予纤维素特定的耐受性，并在各种极端环境条件下表现出较高的稳定性能。

图1. 多尺度工程制备具有特殊耐受性的纤维摩擦电材料

首先介绍了纤维素摩擦电材料独特的多尺度界面物化结构特性。纤维素主要通过1,4-β-糖苷键连接β-D-葡萄糖单体组成，水-纤维界面可以为纤维素表面的化学改性和微观物理结构控制提供加工和活化可能性，为其他物质在纤维中的均匀分散提供有力手段，为构建具有高极性的纤维素摩擦电材料提供基础。

图2. 多尺度纤维的界面特性

其次，从表面化学修饰、离子调控、物理协同、力场调控等方面，介绍了定制具有特殊耐受性纤维素摩擦电材料的手段。为进一步扩大纤维素摩擦电材料在极端环境条件下的应用提供了指导性策略。

图3. 纤维素的表面化学调控

最后，系统总结了纤维素摩擦电材料在宽温度、高湿度、高腐蚀辐射、高冲击等极端环境条件下的能量收集和新兴应用。

03结论与展望

本文综述了极端环境条件下纤维素摩擦电材料的调控策略及其进行能量收集和新兴应用的最新进展，展示了纤维素摩擦电材料独特的可调优势和耐受特性，为拓宽纤维素摩擦电材料在先进应用领域提供了一个全新的视角。纤维素独特的多维物理结构和可控的表面化学特性，为其提供了优越的机械性能、结构稳定性和化学修饰性。自供电传感设备在极端环境条件下应用有着广阔的发展前景，未来具有特定耐受性纤维素摩擦电材料有着无限的待开发潜力与前景。

原文信息

论文题目：Harvesting energy from extreme environmental conditions with cellulosic triboelectric materials

第一作者：邵宇正

通讯作者：聂双喜

通讯单位：广西大学

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.04.006