基于二硫化钨的柔性打印摩擦纳米发电机

近期，研究者制备了一种基于二维二硫化钨（WS₂）的可印刷柔性摩擦纳米发电机，用于高效收集环境中普遍存在的机械能，进而有助于探索更绿色、更清洁的能源资源。

摩擦纳米发电机（TENG）是一种新型能量收集技术，因其能够有效地将机械能转化为电能或信号，广泛应用于物联网、传感器网络、大数据、机器人等领域。与传统的热电、压电等材料相比，TENG具有柔性、可持续性、低成本、材料广泛、可自供能等显著优点，因此在诸多不同领域的应用中具有潜力，例如可穿戴电子设备中的自供电传感器、康复过程中的运动监测、机器人的人造皮肤、结构健康监测以及环境监测等应用领域。

研究者首先通过液相剥离工艺制备了少层、晶面间距为0.6纳米的单晶二硫化钨，然后采用丝网印刷的WS₂薄膜和聚甲基丙烯酸甲酯作为对摩层，制作了一个有效接触面积为4平方厘米的柔性摩擦纳米发电机。

对比发现，基于少层二硫化钨的摩擦纳米发电机可输出520伏的电压，短路电流密度为68毫安/平方米，而基于体相二硫化钨的摩擦纳米发电机仅能产生70伏的开路电压和10毫安/平方米的短路电流密度。在电阻负载测试中，基于剥离后的WS₂的摩擦纳米发电机设备在80兆欧的负载下可实现约0.6瓦/平方米的峰值功率密度，而基于体相WS₂的摩擦纳米发电机在60兆欧的负载下仅能产生约0.093瓦/平方米的功率密度。

此外，该摩擦纳米发电机被证明能够从诸如手指敲击和肘部弯曲等人体运动中收集生物机械能。另外，我们还制作了一种高灵敏度的力传感器，该传感器在较低力（小于1牛）范围内表现出令人瞩目的2.87伏/牛的灵敏度，在较高力（1牛<F<5牛）范围内灵敏度为0.69伏/牛。

少层二硫化钨纳米片摩擦纳米发电机在波长为254纳米、365纳米和410纳米的紫外光照射下的性能也得到了验证，这导致其输出发生了显著变化，使其可用于自供电紫外传感应用。这些结果表明了一种有效收集机械能的简便方法，同时也为自供电传感器提供了一种新颖的途径。来源：ScienceDirect译文

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