静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的最新进展

宋旭玲，彭伟卿，张叶，许贝，罗懿，栗剑锋，赵辉，段青山

先进材料

静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的最新进展

宋旭玲，彭伟卿，张叶，许贝，罗懿，栗剑锋，赵辉，段青山*

（广西大学 轻工与食品工程学院，南宁 530004）

静电纺丝纳米纤维因具有可定制的微纳结构、高的比表面积和孔隙率等优点，在摩擦纳米发电机（TENG）领域应用广泛，归纳总结静电纺丝纳米纤维的最新进展对TENG发展具有重要意义。本文系统介绍静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的发展和特点，重点描述基于静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的TENG在不同场景中的应用。静电纺丝纳米纤维材料因制备方便、电性能好及可扩展性好等独特优势，在TENG中应用广泛。利用静电纺丝纳米纤维作为TENG摩擦电材料，在能量收集、自供电传感器及可穿戴电子等方面具有很大应用前景，未来可拓展到智能包装与印刷等领域。

摩擦纳米发电机；静电纺丝；摩擦电材料；纳米纤维

随着科学技术的快速发展，人们对能源的需求持续增加，如何充分利用自然资源获取能量愈发受到人们的重视。2012年，摩擦电纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator, TENG）的概念首次被提出[1]。TENG是通过摩擦电效应和静电感应的耦合将微弱的机械能转换为电能，具有绿色环保、功率密度高、设计灵活、质量轻和制造成本低等显著优势[2]。近年来，TENG通过收集各类机械能，如水能[3]、风能[4]、声能[5]、机械振动能[6]和人体运动能等，在能量收集、自供电传感器和可穿戴电子等有大量研究。在未来的智能时代，TENG将具有很大的应用潜力，可拓展到智能包装与印刷等领域。

摩擦电材料是决定TENG性能的关键因素。为了提高并丰富TENG的性能，人们利用离子刻蚀处理[7]、嵌段共聚物技术[8]、模板法[9]、自组装单分子层法[10]、离子注入[11]等方法制备或处理摩擦电材料。但它们存在耗时、成本高等缺点。静电纺丝（电纺）是将聚合物溶液在电场下加工成纳米纤维的技术[12]，具有操作简单、成本低、效率高等特点，是摩擦电材料制备的主要方法之一。电纺材料具有连续、均匀、稳定等特点，同时其微纳结构的粗糙表面、可控的微观形态和尺寸，更有利于摩擦电材料的性能增强和功能扩展[13]。电纺纳米纤维摩擦电材料具有良好的拉伸性、渗透性和柔韧性，在能量收集、自供电传感和可穿戴电子等领域显示了巨大的应用潜力。然而，国内鲜有报道总结电纺纳米纤维摩擦电材料的优越性及其TENG在新兴领域的应用。本文重点阐述电纺纳米纤维摩擦电材料的发展及性能，详细介绍基于该材料的TENG在不同场景中的应用，展望其未来发展趋势，有望为拓宽摩擦电材料的应用提供参考。

1 静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的发展和特点

TENG自提出以来发展迅速，目前主要有4种工作模式：接触-分离模式、滑动模式、单电极模式和独立层模式，它们的工作原理类似。以接触-分离模式为例，2种介电材料相对放置，背面分别镀有金属电极。当它们接触时，表面形成正、负摩擦电荷。在外力作用下它们发生分离和接触，形成强度变化的平行电场，外部电路中的电子或离子在电场力的驱动下从一个电极传输到另一个电极，重复此过程便产生了交流电[14]。

静电纺丝技术于1934年首次开发[15]，其基本原理是高压诱导聚合物溶液或熔体形成射流，并通过蒸发溶剂或冻结熔体等方法使射流固化，从而产生连续纳米纤维[12]。目前，静电纺丝技术成熟，逐渐成为了大规模生产纳米纤维的主要方法。静电纺丝技术主要可分为常规、离心、同轴和共轭等[16]。其装置主要由高压电源、注射泵、喷丝头和接收装置等四部分组成。通过调节电纺技术参数可制造以聚合物、无机材料和复合材料为基材的纳米纤维，直径可小至几纳米。

利用不同的静电纺丝方法可以制造随机、取向和多孔纳米纤维摩擦电材料[16]。2014年，Zheng等[17]首次利用静电纺丝技术制备聚偏氟乙烯（PVDF）和尼龙（Nylon）纳米纤维作为摩擦电材料。电纺纳米纤维随机排列，扩大了接触面积，提高了TENG输出性能和灵敏度。纳米纤维间适中的离散程度使其具有很高的柔韧性、可塑性和稳定性。同时适用范围更广、灵活性更好，制备效率也更高。随后，Wang等[18]通过改变收集转速和近场纺丝2种方式制备了高度取向排列的PVDF和尼龙6（PA 6）纳米纤维薄膜，在不同方向上对机械运动响应强度不同，赋予了TENG很好的定向识别功能。取向静电纺丝可以形成整齐紧密的排列结构，促使静电效应更集中，从而具有更高的输出电压。取向纳米纤维的有序度增加，其拉伸特性和机械强度也将随之增加。由于取向纳米纤维的方向性和精细调控，TENG的设计可以更趋于功能化，并适用于更精准的应用场景。为了进一步发掘静电纺丝技术在微观尺度的可调性，Zhang等[19]从纤维表面的结构出发，借助相分离的原理构筑了具有表面介孔的叶柄状微米纤维。多孔纳米纤维增加了表面积、反应活性位点和电荷储存陷阱，提高了其与周围环境的接触面积，从而增强了生物相容性、化学反应性和电性能等。同时，多孔结构能够使气体、液体在纳米纤维之间形成更大的交换空间，提升透气性，并且，多孔结构也可作为功能化纳米材料的载体，为TENG的应用提供更好的适应性和多样性。这种更深入的多层次结构设计方法极大地丰富了静电纺丝摩擦电材料的设计思路，为拓展TENG性能、设计以及应用提供了新方向。图1展示了近年来静电纺丝电纺纳米纤维摩擦电材料的发展历程。

总而言之，使用静电纺丝技术可以根据TENG不同的性能需求高效、批量制备纳米纤维以及其他结构，如纳米球、纳米管、核壳、串珠等。同时，通过静电纺丝技术可以将摩擦层材料直接沉积在导电材料上，简化了摩擦层与电极层的结合方法，使TENG的制备更为便捷。基于电纺纳米纤维摩擦电材料的TENG充分展现了静电纺丝技术与纳米纤维结合的特点与优势，在能量收集、自供电传感和可穿戴电子领域具有巨大的发展潜力，见表1。

2 静电纺丝纳米纤维摩擦电材料在能量收集中的应用

TENG作为一种新型能量收集器，为细微能量的收集提供了新途径。电纺纳米纤维因具有高比表面积、孔隙率和柔韧性等优势，与TENG集成时充分满足了配置简单、多样灵活、性能好、成本低以及可扩展等要求[36]，在收集水能、风能、声能等自然能和人体运动能领域展现出巨大潜力。

2.1 自然能量收集

水能是一种适用性高的绿色能源，在TENG领域中占有一席之地。水能收集器的基本要求是高效性、耐久性和变形性[36]。图2a为一种配备有网格通道和柔性的多褶皱纸基TENG。该TENG中电纺的聚乙烯醇-纳米纤维素-聚环氧乙烷（PVA-CNF-PEO）纳米纤维柔软、生物降解性和适应性好，相较于一般的平膜，其多孔结构增加了有效接触面积，使TENG的摩擦电密度得到显著增强[37]。除此之外，一种网格化的单电极TENG（G-TENG）也有望用于大规模收集雨滴的机械能[3]。该TENG中电纺聚酰胺纳米纤维膜的交织增加了摩擦层的有效表面积，同时由于将电纺定制的材料尺寸引入了网格聚乳酸骨架，使得G-TENG具有良好的电输出性能和耐久性。与无网格结构相比，网格化G-TENG峰值输出功率密度提高了245倍。

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表1 静电纺丝纳米纤维基TENGs在能量收集、自供电传感和可穿戴电子领域的发展

Tab.1 Development of electrospun nanofiber TENGs in the fields of energy harvesting, self-powered sensors, and wearable electronics

注：PVDF-TrFE为聚偏二氟乙烯-三氟乙烯；MXene为过渡金属碳/氮化物二维材料；PVDF-HFP为聚偏氟乙烯-六氟丙烯；PVA为聚乙烯醇；SIS为苯乙烯类热塑性弹性体；SiO2NP为二氧化硅颗粒；PTFE为聚四氟乙烯；PA66为聚酰胺66；MoS2为二硫化钼；CNT为碳纳米管；TPU为聚氨酯；PAN为聚丙烯腈；CS为壳聚糖；PCL为聚己内酯。

图2 静电纺丝纳米纤维基TENGs在能量收集领域的应用

风能也是研究人员的关注重点。利用电纺纳米纤维构建的风能采集器具有可持续、经济且高效等优点[38]。图2b为一种基于气动弹性颤振结构的颤振膜TENG[4]，两侧覆盖的高密度、随机取向的电纺聚（氯乙烯）纳米纤维使得该TENG具有灵活、可持续以及输出性能稳定等特性。利用气动弹性原理可提升摩擦效应，高效收集宽带气流能量，在13 m/s的气流驱动下可产生约13.5 V的最高输出电压。此类TENG结构新颖、电性能良好，在风能收集方面具有很大的应用潜力。

环境声能是一种低频声波能量，也受到了人们的青睐，但由于其比较微弱、不规则，获取难度较高。掺杂纳米材料的电纺纳米纤维的表面粗糙度大、介电性能好、表面电荷密度高[25]，在TENG的这一领域具有明显的优势。图2c是一种基于电纺掺杂多壁碳纳米管（MWCNTs）纳米纤维膜的紧凑型纳米复合声学TENG[5]。MWCNTs增加了摩擦组分，其珠状突起增加了膜表面的粗糙度，从而增加有效接触面积，提高了摩擦电效应。在200 Hz的116 dB声激励下，该TENG最大开路电压超过120 V。另外，由于电纺可以控制PVDF的偶极矩，利于极化，一种基于单层PVDF纳米纤维膜的TENG改善了电荷传输，提升了电输出性能，能将生活中的噪声充分利用[20]。

2.2 生物力学能量收集

目前，将行走、跑步等生物力学能转化为电能已成为生物力学能量收集的重要发展趋势之一[39]。基于电纺纳米纤维摩擦电材料的TENG，由于轻质量、易制造和可携带等特点，为收集生物力学能量提供了新思路。电纺制备的随机纳米纤维高度交错，具有高比表面积和优异的机械能，增加了摩擦电效应和稳定性，使得TENG对人体生物力学的收集更充分。以电纺PVDF纳米纤维膜和乙酸纤维素/聚氨酯（CA/PU）纳米纤维复合膜为摩擦层的耐湿摩擦纳米发电机（HR-TENG）[40]，利用修饰氨基的纳米纤维膜表面及静电纺丝构筑的表面微纳结构协同增强了疏水性，在潮湿环境下电荷耗散小，表面电荷密度高。相较于纯PVDF薄膜制备的TENG，HR-TENG因静电纺丝材料具有一定的抗湿性能，故在高湿度条件下也可提供高达345 V的输出（图2d）。

构筑特殊的新结构可提高生物力学能收集的便捷性[41]。通过电纺技术把热塑性TPU纳米纤维沉积在非织造聚丙烯（PP）上制备了一种具有高度孔隙度、大比表面积和微纳结构的随机纳米纤维膜TENG[42]。如图2e所示，纳米纤维的微孔有助于提高有效接触面积，由于非织造PP织物孔大，电纺TPU纳米纤维孔小，将压缩孔隙形成的行程视作摩擦层之间的距离，因而无须采用常规的接触分离模式。将基于该材料的TENG放置在鞋中，从人行走中捕获能量，其最大输出电压和电流达到110.18 V和7.28 µA。

除此之外，由于人体运动充满灵活性和不可确定性，摩擦电材料的柔软性、轻质性和灵敏性也必不可少[24]。电纺纳米纤维尺寸小、均匀、连续，与基于传统摩擦电材料的TENG相比，可使TENG更加柔软、轻便、透气，并且通过调控纤维的形态、排列方向等结构参数可提高器件的灵敏度、适应性和输出性能。Rana等[21]制备的电纺纳米纤维基TENG具有独特的排列结构，PVDF-TrFE聚合物基体将MXene纳米片包围，使TENG表现出高的表面电荷密度及输出性能。如图2f所示，通过手指敲击，该TENG可成功为电子秒表和温湿度计供电，在外部负载电阻为4 MΩ时的最大功率密度为4.02 W/m2。

除收集自然能量和生物力学能量外，基于电纺纳米纤维的TENG也集中于机械运动能量收集，如振动[28]、撞击[43]和压力等产生的能量。电纺纳米纤维摩擦电材料自身独特的优势结合优异的结构设计赋予了电纺材料TENGs优异的稳定性和出色的能量采集性能，为能量采集的发展提供了一条新的实用途径。

3 静电纺丝纳米纤维摩擦电材料在自供电传感器中的应用

随着数字技术的快速发展，自供电传感器因其便携、灵活以及不需提供外部电源等特点受到了人们的欢迎。基于静电纺丝材料的TENG能高效稳定地提供传感和信号检测[44]，为自供电传感系统的发展提供了可行的策略。尽管已经有许多关于自供电传感在工业领域的应用，如自供电柔性振动传感器用于轨道紧固件安全检测[22]、碰撞传感器用于车辆安全监测释放安全气囊[43]等，但更多的研究仍集中于触觉传感、环境监测和健康监测等领域。

3.1 触觉传感

自供电触觉传感器因其出色的电响应和自供电能力受到了人们的推崇[45]。由于电纺纳米纤维膜易于制造、触感柔软、厚度可控，基于该膜的自供电触觉传感器在手势检测、人机交互和智能传感等方面受到了广泛关注。例如，由于PVDF分子链单轴拉伸，促进高取向结晶β相，改善了PVDF电纺膜的多功能柔性触觉传感器的电性能[46]。将其集成在手套上，并使用深度学习算法，可以实现手势识别（图3a）。

通常TENG的电极较厚，限制了其简便性、灵敏度和舒适性[27]。为了改善这一现状，Jiang等[47]制备了一种由多层电纺薄膜结构组成的超薄（厚度≈89 µm）、质轻（质量≈0.23 g）、高灵敏的自供电触觉传感器（图3b）。该触觉传感器中网络交织的电极层使其具有优异的拉伸性、灵活性和输出性，其中聚二甲基硅氧烷薄膜摩擦层的表面纳米结构有助于提高表面电荷密度和增强压力灵敏度。因此，该传感器电输出稳定和噪声信号抗干扰强，可有效检测外部机械刺激，在自动控制、人机界面和安全系统等领域具有很大的应用空间。

除此之外，如何保持柔性触觉传感器在复杂环境中良好的导电性、稳定性和抗变形性也是人们考量的重点之一。具有各向异性的取向电纺纳米纤维可以有效改善纳米纤维膜的力学性能、尺寸稳定性和摩擦电效应，提升柔性触觉传感器的机械稳定性和导电性。Chen等[26]通过电纺和光刻技术开发了一种对弯曲变形具有优异稳定性的阵列式柔性触觉传感器。利用电纺准确控制银纳米纤维电极膜的纤维正交取向和厚度，然后以光刻和湿法刻蚀形成阵列电极。经不同触觉压力4次循环后，电压输出无明显差异（图3c）。由此可见，电纺取向纳米纤维有可能为柔性触觉传感器在人机交互、多功能触摸屏和无线电子设备等领域的使用中提供更有利的保障。

3.2 环境监测

人类日益关注周围环境质量，用于环境监测的各类传感器层出不穷。基于电纺纳米纤维摩擦电材料TENG的自供电传感器因具有易于集成、传感性能优异、功耗低、经久耐用等特点，引起了人们的强烈兴趣。

利用电纺材料优势对有害气体的识别监测主要分为2类。

一类是由于电纺纳米纤维固有的高孔隙率，可以增加气体吸附点位，同时，其高比表面积有助于气体分子的吸附/解吸过程，可以提高气体传感器的灵敏度和传感性能[48]。例如，基于MXene/乙酸纤维素纳米纤维（MXene/CA-NF）的TENG用于氨气监测[49]。CA-NF的大比表面积和高孔隙率，导致MXene/TiO2/CA-NF异质结具有高表面体积比和良好的气体吸收性，对目标气体分子NH3产生更高的吸收面积，使其具有优异的灵敏度和高响应。如图3d所示，将该TENG嵌入鞋垫中，可实现NH3的自动化检测。然而，该类气体传感器是以纳米纤维TENG为电源的传统传感系统，需要单独的电源管理模块来将交流电压转换为直流电压，这使自供电系统变得复杂化。

另外一类，则是直接利用制备TENG的材料对气体敏感的特性使输出信号产生变化的原理进行传感分析。例如，采用风力驱动的且基于聚乙烯醇/银（PVA/Ag）纳米纤维和氟化乙烯丙烯膜TENG为电源的二维碳化钛/氧化钨（Ti3C2Tx/WO3）气体传感器，可用于有害气体二氧化氮（NO2）的监测[50]。PVA/Ag纳米纤维膜的致密网络提高了输出性能；WO3纳米纤维促进了NO2分子从WO3导带捕获电子，使得传感器电阻增加，从而提高气体的传感性能。基于该传感器开发的气体检测系统还可以通过检测风向来跟踪风载气体的来源，预计这类气体传感器在可持续、免维护的环境监测系统中具有巨大的应用价值。

图3 静电纺丝纳米纤维基TENGs在自供电传感领域的应用

3.3 健康监测

随着生活节奏的加快，人们日益重视个人健康管理。通过电纺将TENG集成于织物上，可制备高灵敏度、柔软、舒适的生命体征监测传感器，用于实时监测患者的健康状态[35]。例如，一种基于普通织物的电纺纳米纤维TENG可用作自动呼吸监测仪和手指敲击式通信器[51]（图3e）。电纺PCL纳米纤维使聚苯胺织物和纳米纤维材料贴合紧密，改善了电极黏附不牢、电性能下降的现象。在电纺纳米纤维上引入分级粗糙结构可使TENG具有高形状适应性。一种具有分级结构的全PVDF纳米纤维摩擦电织物具有高度取向的β相和多孔特性，有助于提高表面电荷捕获和透气性。该TENG具有优异的灵敏度、输出性能和舒适性，有望用于实时人体运动传感和脉搏监测[52]。

除此之外，与其他方法相比，静电纺丝技术可简单轻松地掺杂纳米材料，用于制备具有防紫外线、自清洁和抗菌等特性的TENG，拓宽TENG在健康监测领域的应用。Jiang等[53]通过电纺方法制备了一种全纳米纤维基TENG，用于检测和跟踪人类的运动行为（图3f）。电纺Ag NW/TiO2NP/PAN纳米纤维中均匀分散的TiO2NP吸收紫外线辐射，激发产生自由基，提高光催化效率，降解有机污染物，使TENG恢复电输出性能，还具有良好的自清洁功能。通过TiO2NP和Ag NW的偶联作用可以抑制或杀死微生物。由此可见，基于成分可控、高产且操作简便的电纺方法与掺入特定功能材料结合，赋予TENG可定制的多样化表面结构[54]，可有效扩展基于TENG的多功能传感器在健康监测、智能医疗等领域的应用。

4 静电纺丝纳米纤维摩擦电材料在可穿戴TENG中的应用

可穿戴智能电子产品越来越受到人们的青睐。它们会直接接触人体皮肤，因此，灵活、便携、柔韧和透气等特性必不可少[55]。电纺纳米纤维TENG因具有透气性、拉伸性、柔韧性和兼容性等优点，在电子皮肤（E-skin）和电子织物等可穿戴TENG的应用中具有巨大潜力。

4.1 E-skin

超薄、透气与皮肤兼容性好的柔性电子设备一直备受关注。其中，E-skin是很受欢迎的柔性电子设备之一。对E-skin而言，皮肤黏附性、生物相容性、舒适性等是其作为自供电可穿戴设备的基本要求[56]。利用电纺纳米纤维的多孔透气、柔性及功能可定制等特性可有利于拓展E-skin的上述性能，为实现优异性能的E-skin提供了可行方案。

目前，大多数TENG设备仍是使用胶带或绷带黏附在人体上，舒适性和生物相容性差，而且会导致许多副作用。Du等[57]提出的可溶性纳米纤维基TENG电子皮肤为解决这一问题提供了新思路。其中，PVA和PVDF纳米纤维通过并排电纺制备混合纳米纤维膜作为摩擦层，在人体皮肤上喷洒的少量水可溶解PVA纳米纤维，产生一定的黏性使TENG直接附着在皮肤上，提升了TENG电子皮肤的舒适性（图4a）。

另外，利用电纺灵活的功能定制特性可以实现E-skins多种功能集成，在功能型TENG摩擦电材料的结构设计、成本、制备效率等[58]方面具有潜力。电纺全纳米纤维电子皮肤（SANES）因具有制备简单、佩戴舒适、高灵敏度等特点，有望用于实时呼吸监测和睡眠呼吸检测[59]。如图4b所示，该SANES由Au电极涂覆的聚酰胺66（PA66）纳米纤维和PAN纳米纤维组成，在实时呼吸监测测试中表现良好。电纺纳米纤维之间的微-纳米分级多孔结构为接触起电提供了高比表面积，同时毛细管通道提升了热湿气传递效率。这种透气性好、输出性高、灵敏性强的SANES有助于解决在传统临床呼吸监测系统中使用体验不适、依赖外部电源等问题。

除此之外，E-skins在使用过程中会滋生细菌，因而E-skins抗菌活性在实时监测电子传感器中非常常见。如图4c所示，利用Ag NW和CS的抗菌活性，通过静电喷涂将Ag NW负载在热塑性TPU传感层和PVA/CS基底之间制备的多层E-skin上，有望将其拓展到运动监测领域[32]。电纺TPU纳米纤维随机分布，保证了E-skin出色的疏水性、弹性及拉伸性。同时，PVA和CS的生物相容性赋予了这种可穿戴E-skin舒适、环保的穿着条件。另外，高导电性的Ag NW、强电负性的弹性TPU、电纺膜的高比表面积及多孔特性赋予了E-Skin优异的电性能和透气性。

综上所述，电纺纳米纤维摩擦电材料除了有望解决E-skin采用传统塑料或弹性体渗透性和适应性差、制造效率低等问题，还可灵活选用或掺杂生物质降解材料、抗菌活性物质等，使可穿戴电子皮肤TENG更为绿色、环保和健康。同时，将电纺纳米纤维摩擦电材料的多功能设计集成到E-skin中，可为下一代可穿戴电子产品带来了新的发展空间，拓展智能E-skin的应用领域。

4.2 电子织物

电子织物作为一种具有良好舒适性、实用性和安全性的织物电子产品，在柔性可穿戴电子产品中发展迅速[60]。如何保证在满足电性能需求的同时还具有优异的舒适性是电子织物亟须解决的关键问题之一。基于电纺材料的电子纺织品因其具有透湿性、耐用性和灵活性，在舒适性方面具有明显的优势。Sun等[33]构建了一种全纤维结构的透气、防水的可穿戴织物TENG。该TENG的功能层均由分层结构纳米纤维网络构建，具有比表面积大、表面粗糙、孔隙率高、厚度可控等特点，因此，该TENG具有良好的电输出性能、灵活性和透气性（如图4d）。由此可见，电纺分层结构的纳米纤维膜既可提高TENG的性能，又可以提供优异的可穿戴性能，可能会为未来可穿戴电子纺织品的发展提供新思路。

图4 静电纺丝纳米纤维基TENGs在可穿戴电子领域的应用

另外，纺织品是新兴可穿戴设备的常见基材[30]，以商业纺织品作为基础材料，制造高性能的TENG有可能使电子纺织品实现商业化，如电纺PA66纳米纤维/丝绸和PVDF涂层/PET纺织品的高性能TENG[34]。电纺纳米纤维的高比表面积和纤维面密度，增加了摩擦电材料接触面积，并使该TENG具有更优异的稳定性和耐用性；易于量产的电纺丝绸和PET基底织物赋予了该TENG更优异的强度和灵活性，使基于织物的TENG商业化成为可能（图4e）。

除此之外，为了穿着者的舒适和健康，保证纺织品的干燥性及提高纺织品的水分蒸发率也是电子织物TENG重点关注的问题。为了改善汗液在纺织品上的传输，可通过耦合排汗和极化来促进和增强汗液蒸发[31]。图4f展示了一种具有快速干燥和冷却功能的集成在鞋垫上用于体表湿热管理的摩擦电蒸发纺织品。该纺织品受到机械刺激产生极化电荷，从而使得水蒸发加速，且纳米纤维可促进水凝聚形成水滴，加速蒸发效果，使体表保持干燥，可用于体表湿热管理。TENG在开发智能高性能服装和快速干燥纺织品方面展现了发展潜力。

总体而言，电纺技术显著影响柔性、可拉伸电子织物的性能。利用电纺技术结合纺织物特性，可使电子织物TENG具有更高的能量转换效率和更好的生物相容性，有助于推动可穿戴设备的进一步发展。

5 结语

静电纺丝纳米纤维摩擦电材料因其孔隙率大、接触表面积大和粗糙度高等特点，在TENG中具有广阔的应用前景。本文系统概述了静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的发展和特点，重点介绍了基于静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的TENG在能量收集、自供电传感和可穿戴电子等领域的应用。尽管电纺纳米纤维TENG在摩擦电材料制备、器件结构设计和实际应用等方面取得了巨大进展，但其存在的挑战也不容忽视。

1）应开发更多种类的静电纺丝摩擦电材料以适应各类需求。受限于可纺性，目前适合于TENG的电纺纳米纤维材料不多，常用的有PVDF、PVA和Nylon等。为此，应加强探索静电纺丝前驱液的多样化，以增强TENG的电性能及扩展其多功能。

2）静电纺丝技术还存在生产率不高、纤维强度不高、纺丝液中常用的有机溶剂残留、添加剂有害等问题，限制了静电纺丝摩擦电材料的大规模生产。研究更加绿色、环保的溶剂、助剂以及优化静电纺丝设备也是当前需要解决的重要问题。

3）静电纺丝技术与摩擦电性能之间定量关系未系统化，电纺过程中工艺参数、溶液性质、环境因素等对摩擦电性能的影响至关重要，但目前对电纺参数与摩擦电性能之间定量关系的相关研究很少，亟须解决这个影响电纺技术在TENG中应用的根本性问题。

4）利用电纺纳米纤维的独特优势，进一步扩充TENG的应用领域，如智能包装与印刷行业。TENG具有成本低、效率高和环境友好等特点，在食品包装领域具有很大的应用潜力。如将TENG与包装运输结合，包装运输过程中难免会产生撞击、颠簸和滑动等，可充分收集包装运输过程中的机械能，并将其转化为电能，为包装体系微小检测器供电源。另外，可将TENG作为自供电检测传感器，与包装环境结合，作为有害物质响应传感器，实时检测食品安全与新鲜度；也可与物流运输结合，作为振动信号监测传感，实时跟踪包装物流信息。

总的来说，静电纺丝技术为摩擦电材料的制备提供了一种高效、简单且经济的制备方法。基于电纺纳米纤维摩擦电材料的TENG具有优异的性能和广阔的应用前景，在未来将会有更大的发展空间。

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Recent Advances in Electrospun Nanofiber Triboelectric Materials

SONG Xu-ling, PENG Wei-qing, ZHANG Ye, XU Bei, LUO Yi, LI Jian-feng, ZHAO Hui, DUAN Qing-shan*

(School of Light Industry and Food Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)

Electrospun nanofibers have been widely used in triboelectric nanogenerators (TENGs) due to their customizable micro-nano structures, high specific surface area, and porosity. It is of great significance to summarize the recent advances of electrospun nanofibers for the development of TENGs. Herein, the development and characteristics of electrospun nanofiber triboelectric materials were systematically introduced, and the applications of TENGs prepared by electrospun nanofibers in different fields were emphatically described. Electrospun nanofiber materials were broadly utilized in TENGs owing to their unique advantages, such as convenient preparation, superior electrical properties, and expansibility. Hence, it has promising application prospects to prepare electrospun nanofibers triboelectric materials for TENGs in energy harvesting, self-powered sensors, and wearable electronics, which will be expanded to intelligent packaging, printing and other fields in the future.

triboelectric nanogenerator; electrospinning; triboelectric materials; nanofibers

TB484.9

A

1001-3563(2023)17-0085-11

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.17.011

2023-05-30

国家自然科学基金项目（12062001）；广西自然科学基金项目（2021GXNSFAA196077）

责任编辑：曾钰婵