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中国科学院兰州化学物理研究所摩擦起电功能材料研究获进展

文章来源：科技日报更新时间：2023-10-27 15:29:15

记者从中国科学院兰州化学物理研究所获悉，该所固体润滑国家重点实验室王道爱研究员团队设计了一种基于氢键增强的复合聚乙烯醇(PVA)基摩擦起电功能材料，并将其应用于医用口罩领域，解决了传统聚丙烯(PP)基医用口罩长时间佩戴过程中口罩中间吸附层电荷耗散过快的问题。该工作为恶劣海洋环境下摩擦电材料耐湿设计和自供电环境治理提供了新的思路，相关成果发表在《先进功能材料》和《今日材料纳米》。

　　界面的摩擦起电性质与其所处环境密切相关，通常高湿度的大气会加速摩擦起电过程中静电荷的传输和耗散，大大降低摩擦纳米发电机(TENG)等器件在能源收集与自供电传感检测等领域的应用。另外，环境湿度对界面摩擦电荷的产生、传输和静电积累的影响机制尚不清晰。

　　“如何通过材料选择与设计实现高湿环境下器件的高性能输出与稳定运行仍是迫切需要解决的问题。”王道爱介绍。

　　PVA基中间吸附层材料富含的羟基官能团，能与呼出的水蒸气分子自发形成氢键固定水分子，实现高湿度下摩擦起电能力的增强。同时，PVA材料优异的电荷储存性能可大大减缓电荷的耗散速率，并可通过拍打、摩擦等简单易行的方式实现口罩自充电，延长其有效使用寿命，此技术被成功授权专利。

　　“尽管PVA材料可作为一种性能优异的耐湿型摩擦电正极材料，但其较差的介电、耐磨损性能限制了其作为摩擦电材料的长期使用。”王道爱说，基于此，该团队与中国海洋大学陈守刚教授团队合作，通过PVA与MXene(一种常见的二维材料)材料的复合改性，设计了一种面向海洋湿热苛刻环境的PVA-PVDF基摩擦电器件。得益于MXene表面的亲水性基团和其在PVA基质中的平行层状分布，提高了PVA的耐湿性、耐磨性和介电性能，并利用其收集海洋蓝色能源实现了自供电的海洋防腐防污。另外，该团队通过进一步设计制备了聚丙烯腈/聚乙烯醇-氯化钙复合薄膜，进一步提高了PVA的耐湿性和力学性能，拓展了复合PVA材料的应用潜力，为利用蓝色海洋能源原位实现海水淡化提供了一种新型的功能材料。

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