基於二硫化鎢的柔性列印摩擦納米發電機

近期，研究者製備了一種基於二維二硫化鎢（WS₂）的可印刷柔性摩擦納米發電機，用於高效收集環境中普遍存在的機械能，進而有助於探索更綠色、更清潔的能源資源。

摩擦納米發電機（TENG）是一種新型能量收集技術，因其能夠有效地將機械能轉化為電能或信號，廣泛應用於物聯網、感測器網路、大資料、機器人等領域。與傳統的熱電、壓電等材料相比，TENG具有柔性、可持續性、低成本、材料廣泛、可自供能等顯著優點，因此在諸多不同領域的應用中具有潛力，例如可穿戴電子設備中的自供電感測器、康復過程中的運動監測、機器人的人造皮膚、結構健康監測以及環境監測等應用領域。

研究者首先通過液相剝離工藝製備了少層、晶面間距為0.6納米的單晶二硫化鎢，然後採用絲網印刷的WS₂薄膜和聚甲基丙烯酸甲酯作為對摩層，製作了一個有效接觸面積為4平方釐米的柔性摩擦納米發電機。

對比發現，基於少層二硫化鎢的摩擦納米發電機可輸出520伏的電壓，短路電流密度為68毫安培/平方米，而基於體相二硫化鎢的摩擦納米發電機僅能產生70伏的開路電壓和10毫安培/平方米的短路電流密度。在電阻負載測試中，基於剝離後的WS₂的摩擦納米發電機設備在80兆歐的負載下可實現約0.6瓦/平方米的峰值功率密度，而基於體相WS₂的摩擦納米發電機在60兆歐的負載下僅能產生約0.093瓦/平方米的功率密度。

此外，該摩擦納米發電機被證明能夠從諸如手指敲擊和肘部彎曲等人體運動中收集生物機械能。另外，我們還製作了一種高靈敏度的力感測器，該感測器在較低力（小於1牛）範圍內表現出令人矚目的2.87伏/牛的靈敏度，在較高力（1牛<F<5牛）範圍內靈敏度為0.69伏/牛。

少層二硫化鎢納米片摩擦納米發電機在波長為254納米、365納米和410納米的紫外光照射下的性能也得到了驗證，這導致其輸出發生了顯著變化，使其可用於自供電紫外傳感應用。這些結果表明了一種有效收集機械能的簡便方法，同時也為自供電感測器提供了一種新穎的途徑。來源：ScienceDirect譯文

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