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近年来,随着小米手环、谷歌眼镜、耐克智能运动鞋等一系列产品问世,人们对可穿戴电子器件表现出浓厚兴趣。同时,随着现代科技迅猛发展,越来越多基于微纳米技术的功能器件应用于可穿戴领域。虽然微型电子器件能耗较小,但是电子器件的微型化和可穿戴化限制了供能单元的体积。对于传统供能电池而言,体积小意味着储电量减少,严重缩短可穿戴电子器件的续航时间。因此为这些器件提供持续稳定能源成为微电子产业和可穿戴技术发展中亟待解决的问题。摩擦纳米发电机(TENG)利用摩擦起电和静电感应的耦合效应,能够将人体机械能转变成持续稳定的电能,是解决可穿戴电子产品持续绿色能源供给的有效途径之一。目前主要采用光刻蚀、等离子体蚀刻、电化学腐蚀等方法在材料表面构造纳米粗糙结构,从而提升摩擦电输出性能,但是这些制备方法所用设备昂贵、工艺复杂。而静电纺丝技术能够直接制备微纳米纤维,具有设备简单、成本低廉、可连续生产等优势。静电纺膜具备微纳米纤维粗糙结构、比表面积高、透气性好且易于改性,由其制备的TENG有着平滑膜无法比拟的优势。本课题以纳米纤维膜为核心设计静电纺摩擦纳米发电机,并采用合理的后处理工艺进一步提高纤维膜的摩擦电学性能、力学性能和抗湿性能,以满足可穿戴能源更高输出性能需求和适应人体出汗后的高湿环境。通过电路设计,以静电纺摩擦纳米发电机为核心构筑自供能电子器件,并与日常服饰有机结合,设计出可穿戴能源装置用于人体机械能收集。本课题的具体研究成果分为以下两个方面:(1)调控醋酸纤维素(CA)和聚氨酯(PU)混纺比例制备出力学强度优良的混纺纤维膜,随后采用聚丙烯酰胺(PAM)对CA/PU混纺纤维膜进行改性,并组装制备成表面氨基修饰的摩擦纳米发电机(AM-TENG)。AM-TENG的短路电量、开路电压和短路电流分别提升60%、83%和91%,并且在高湿环境下依旧保持较高的电输出性能。通过合理的电路设计,以AM-TENG为核心构筑自供能电子温度计、自供能电子手表以及自供能电子计算器。此类自供能电子器件在人体机械能驱动下正常工作,在可穿戴电子领域显示出巨大的应用潜力。(2)调控聚合物浓度分别制备纤维直径小、连续均匀的聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯腈(PAN)纤维膜。随后采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂覆和碱刻蚀处理PVDF纤维膜,制备出优异的摩擦电负性纤维膜;采用聚酰胺6(PA6)涂覆、酸刻蚀以及长链烷烃接枝,制备出优异的摩擦电正性纤维膜。以两层复合纤维膜为核心组装制备成摩擦纳米发电机(NM-TENG)。其瞬时能量密度达到14.8W/m~2,连续工作6000次性能无衰减,并且在高湿环境中电输出性能依旧稳定。将NM-TENG和织物、鞋垫有机结合,成功构筑发电织物和发电鞋垫,通过收集人体机械能分别成功点亮10盏和400盏LED灯。