武世豪 李程龙 李 刚 李国栋 刘温霞

（齐鲁工业大学（山东省科学院）生物基材料与绿色造纸国家重点实验室，山东济南，250353）

摩擦纳米发电机（triboelectric nanogenerators，TENG）是利用摩擦带电现象发明的一种自供电设备[1]，主要由摩擦带电材料、覆盖在摩擦带电材料上的电极及支撑电极的基板组成。TENG 的电输出源于两种摩擦带电材料的摩擦起电和电极与摩擦带电材料之间的静电感应[2-3]。TENG 主要有4 种工作模式，分别为：接触分离模式、横向滑动模式、单电极模式以及独立层模式，如图1所示。其中接触分离模式是发明最早、最基础的TENG 的结构模式（见图1(a)），是通过两摩擦带电材料垂直接触分离的方式进行发电；横向滑动模式的TENG 是通过两摩擦带电材料间的水平滑动摩擦产生电势差进行发电（见图1(b)）；单电极模式的TENG 在设计上只有一个电极（见图1(c)），通过将电极与外部负载接地，与大地之间形成电势差，从而推动电子的流动，一般用于可穿戴的TENG；独立层模式的TENG 由一个独立的摩擦带电层和一对静止的电极组成（见图1(d)），因两电极及连接的摩擦带电层固定，摩擦带电材料在其上进行摩擦，从而在电极上产生电势差和输出电信号[4-8]。

图1 摩擦纳米发电机的4种工作模式[2]Fig.1 Four work modes of triboelectric nanogenerator [2]

目前所报道的常见的TENG 中摩擦带正电材料多为聚酰胺、金属、氧化锡（ITO）和氧化锌，摩擦带负电材料包括氟化乙烯丙烯（FEP）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）以及聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。在恶劣的环境下，利用金属材料制作的TENG，容易被氧化和腐蚀，高分子聚合物化学性能稳定，但多为石油基产品，生物相容性和透气性差、难以降解[9]。……