Materials?Today：纖維素摩擦電材料用于極端環境能量收集

01研究背景

隨著第四次工業革命的迅猛發展，人類對未知領域的探索不斷深入，如：寒冷的極地、干旱的沙漠、輻射的太空和高壓的深海等環境，這對現代先進材料提出了可再生、高耐受、高穩定等更加嚴格要求。主要用于摩擦納米發電機(TENGs)的摩擦電材料因其出色的能量收集與轉換能力，正成為可穿戴設備、軟機器人、人機交互界面等領域在極端環境條件應用的新型候選者。纖維素的獨特的可調性性和摩擦電性能，被廣泛的應用于多功能摩擦電材料的構筑。近年來，研究人員通過合理調控纖維素的物化特性以及制備方法，賦予了纖維素摩擦電材料良好的耐受特性，大幅拓展了纖維素摩擦電材料在各種極端環境條件的先進應用。在此背景下，深入研究多尺度纖維在各種極端環境條件下的耐受特性規律，這對于拓展纖維素基自供電設備應用領域的發展具有重要意義。

02研究內容

纖維素作為地球上儲量最豐富的可持續生物高分子材料，具有獨特的物理多維結構和表面化學可控的優勢，廣泛存在于綠色植物等生物質資源中。與其他介電材料相比，通過多尺度界面工程合理的物化調控，可賦予纖維素特定的耐受性，并在各種極端環境條件下表現出較高的穩定性能。

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圖1.?多尺度工程制備具有特殊耐受性的纖維摩擦電材料

首先介紹了纖維素摩擦電材料獨特的多尺度界面物化結構特性。纖維素主要通過1,4-β-糖苷鍵連接β-D-葡萄糖單體組成，水-纖維界面可以為纖維素表面的化學改性和微觀物理結構控制提供加工和活化可能性，為其他物質在纖維中的均勻分散提供有力手段，為構建具有高極性的纖維素摩擦電材料提供基礎。

圖2.?多尺度纖維的界面特性

其次，從表面化學修飾、離子調控、物理協同、力場調控等方面，介紹了定制具有特殊耐受性纖維素摩擦電材料的手段。為進一步擴大纖維素摩擦電材料在極端環境條件下的應用提供了指導性策略。

圖3.?纖維素的表面化學調控

最后，系統總結了纖維素摩擦電材料在寬溫度、高濕度、高腐蝕輻射、高沖擊等極端環境條件下的能量收集和新興應用。

03結論與展望

本文綜述了極端環境條件下纖維素摩擦電材料的調控策略及其進行能量收集和新興應用的最新進展，展示了纖維素摩擦電材料獨特的可調優勢和耐受特性，為拓寬纖維素摩擦電材料在先進應用領域提供了一個全新的視角。纖維素獨特的多維物理結構和可控的表面化學特性，為其提供了優越的機械性能、結構穩定性和化學修飾性。自供電傳感設備在極端環境條件下應用有著廣闊的發展前景，未來具有特定耐受性纖維素摩擦電材料有著無限的待開發潛力與前景。

原文信息

論文題目：Harvesting energy from extreme environmental conditions with cellulosic triboelectric materials

第一作者：邵宇正

通訊作者：聶雙喜

通訊單位：廣西大學

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.04.006