申长雨院士、刘春太教授团队：超薄柔性Ag/MXene基能量收集膜

2. 复合薄膜具有高电导率和出色的电/光热转化能力。

3. 通过简单改装制备单电极TENG，并在双摩擦带电层的作用下提高输出电压。

图1. EHFs膜的SEM图。

由于EHFs膜具有优异的导电性，作者探究了其在电热领域应用的可能性。AgMPs含量较高的EHFs膜在施加2 V电压的情况下，可以在20 s内快速升温至121.3 ℃。研究结果表明银微粒层在经过热压工艺后，形成了连接的导电复合网络，通过红外照片，这一现象被更直观地表现出来。此外，薄膜表现出了可控的循环稳定性和温度响应性。光热方面，由于MXene具有优异的光热转换能力，在100 mW/cm²的光照条件下，薄膜可在较短时间内迅速升温至63 ℃。值得一提的是，在整个实验过程中，银微粒层也起到了相应的作用，对温度平台的提高起到正作用。在银微粒面密度为5 mg/cm²的条件下，其光热温度可达到65 ℃以上，证实了MXene和AgMPs在光热领域的协同作用。这主要是由于金属微粒在光照条件下，可以将光通量耦合到传导电子上，并且在微粒附近的激发态电子和增强电场有助于通过光子驱动的光催化反应将太阳能转化为化学能，即所谓的局域表面等离子体共振效应，所以温度可以得到一定程度的提升。

图2. EHFs的(a,b) 电热和(c,d) 光热转化能力。

水性聚氨酯(WPU)是常见的柔性材料，加之填料层具有出色的电荷传输能力，所以经过简单的改装，MxAgy-EHFs多层膜可制备成单电极纳米摩擦发电机(STENG)。图3a为该STENG结构的简单示意图。作者在经过文献查阅及试验后，选用与聚氨酯极性差异较大的硅橡胶，分别作为负、正摩擦电材料，来保证较优的电输出能力。图3b揭示了STENG的工作机理，当WPU层与硅橡胶相互接触时，由于相对极性差异，正负电荷分离并形成平衡。当相互分离时，未屏蔽的正电荷将导致AgMPs/MXene界面上负电荷的积累，同时，瞬时电子将从地面流到填料层，进而产生持续的响应电输出信号。

在外界线性电机的高频率驱动下，正、负摩擦电层之间不断发生接触与分离。STENG的电输出性能受压力、频率、接触材料等因素的影响。当控制接触频率为5 Hz，接触压力为10 N的条件下，经MxAgy-EHFs改装的STENG的短路电荷(Q_SC)、开路电压(V_OC)和短路电流(I_SC)分别可达到38.9 nC、114.7 V和0.82 µA(图3c)，表明了该STENG具有实际应用的可能。如图3d所示，增大接触层间的接触分离频率，可以提升STENG的开路电压，进而提高输出能力。当施加不同电阻值的负载下，STENG的最高输出功率密度可达186.8 mW m⁻²。此外，对STENG的电输出能力进行了长期工作寿命(超过2000次接触-分离循环)的测试，表明了该发电机具有较好的稳定性。由于高聚物层的包覆，在水中浸泡一星期后，其开路电压并没有明显的下降，依旧维持在一个稳定的水平，这无疑扩展了STENG未来的应用前景。

图4. (a-e) STENG的应用和(g) 基于EHFs的双摩擦带电层STENG结构。