葡萄牙Kholkin教授综述：天然材料摩擦收集电能–替代摩擦电纳米发电机(TENGs)

II 基于植物材料的摩擦电纳米发电机

图2 玫瑰花瓣的表面以及与花瓣的接触分离模式TENG的示意图。

由于纯纤维素也可用于生态友好的摩擦发电，可以使用带有涂层氧化石墨烯的纤维素纸作为摩擦电对材料，该TENG能够产生高达120V的电压。此外在另一项研究中，研究人员制造了厚度为10 µm的纤维素/磷杂化TENG(图3a)。纤维素纳米纤维与磷的混合增强了TENG的性能抗氧化能力。另一项研究使用BaTiO₃纳米颗粒作为填料制备了纤维素气凝胶，并使用PDMS对其进行了涂层。该柔性混合动力PENG-TENG纳米发电机能够产生高达48 V的电压。

图3 用于设计TENG的植物加工产品：纤维素/磷杂化TENG和使用演示。

III 生态友好型和生物相容性TENG的应用

环保且具有生物相容性的TENG已经在实际应用中大放异彩。例如，新鲜的玉米叶与PMMA膜的复合材料可以用于温度感应和LED供电。这些TENG拥有收集能量和重新利用聚合物的潜力，这是一个重要的优势，因为纯聚合物材料无法完全回收。TENG与人体皮肤的相容性使其可以作为与人体直接接触的柔性设备来使用。蚕丝纤维和镁的复合膜可以成功地调节心肌细胞簇，这种可植入式TENG在24小时手术期间的性能显着下降，这种具有定制时间的可植入设备为治疗和疾病诊断提供了广泛的机会。而且，基于蚕丝的可植入式TENG还可用于药物输送和癫痫发作的监测(图4d)。蚕丝纤维的生物相容性表明它们可用作抗菌补丁，贴于感染伤口处7天，其对金黄色葡萄球菌的抗菌率为67.4％。

图4 NBP获得来源和典型的BN-TENG设备的结构图。

IV 基于天然材料的TENG的整体性能

基于天然叶片，植物材料，纤维素和聚合物及其性能的广泛研究可以得出结论，输出电压和电流受材料结构的影响，并且在很大程度上取决于测量条件。这一事实表明，需要统一测试标准，应遵循类似的方法来分析不同的材料。不幸的是，许多研究报告说，在不同的机械激发(施加的力和频率)和样品的大小(接触面积)下对TENG进行了分析，因此无法进行简单的比较。但是，能量特性在很大程度上取决于尺寸和机械激励(图5a，b，d)。图5c演示了接触角的其他测量方法。这些研究可以确定材料的浸润性及其极性：通过增加接触角，极性转变为负电荷。开尔文探针力显微镜也可用于表征极性。图5e显示了触摸刺激前后TENG表面上电荷分布的示例，它可以研究摩擦电效应中电荷转移的机理以及在摩擦过程中叶片脱水的影响。这些测量结果表明，干燥的叶片可以使实际的能量转换部位(表皮)与存在于水合生物组织中的电荷传输回路分离。

图5 影响TENGs输出性能的因素：激发频率的影响。