纳米|用于自供电传感器和可穿戴电子设备的织物辅助 MXene/硅纳米复合材料摩擦纳米发电机( 三 )

图1
a) 使用有机硅进行 Ti3C2TX 功能化的示意图。 b）具有电荷俘获层的织物辅助微结构MXene/硅胶纳米复合材料的逐步制造过程。 c-g) MXene 的场发射扫描电子显微镜 (FESEM) 图像（内部透射电子显微镜（TEM 图像）、织物、微结构 MXene/硅胶纳米复合材料（内部高倍放大）、织物上的 MXene 层和更高的放大倍数（ Mxne 层).h) 基于双面接触的 TENG 示意图。
在这项研究中，我们使用表面电位测量研究了摩擦负电层的性能，以确认有机硅、MXene/有机硅纳米复合材料和 MXene 层与 MXene/有机硅纳米复合材料的优越性。图 S3（支持信息）显示了静电电压计的照片和用于测量初始和接触后表面电位的实验装置。在 3 mm 距离处测量具有不同 MXene 浓度的 MXene/硅树脂纳米复合材料的电位，以进行直接验证以暴露纳米复合材料表面的电荷特征。 MXene/硅胶纳米复合材料的最大初始表面电位达到 -2.1 kV ， MXene 浓度为 6 wt% ，是扁平硅胶的 8 倍（图 2a）。根据这一结果，我们发现 MXene/硅胶纳米复合材料在 6% MXene 浓度下是一种更负的摩擦电材料。为了进一步阐明优化的 MXene 层的改进贡献，我们测量了表面电位对具有不同 Mxene 含量比的电荷生成层（Mxene/硅胶）的依赖性（图 2b）。接触后， MXene 层与 Mxenesilicone 纳米复合材料表面的表面电位达到 -9.1 kV ， MXene 含量为 3 mg cm-2 。 MXene 层增加了 MXene/硅胶纳米复合材料表面的表面电位。此外， MXene 具有优异的官能团（OH、F 和 O）， MXene 纳米片增加了表面积。为了进行比较， TENG 的有机硅、MXene/有机硅纳米复合材料和 MXene 层的初始表面电位如图 S4（支持信息）所示。我们发现具有 MXene/硅胶纳米复合材料的 MXene 层比扁平硅胶高约 17 倍。此外，还测量了表面电位衰减，以实现 TENG 对扁平硅胶、MXene/硅胶纳米复合材料和 MXene 层的电荷捕获能力。该实验是通过在 6 N 的力和 4 Hz 的频率下与尼龙涂层导电织物接触来进行的，以确认有效的感应电荷。 TENG的有机硅、MXene/有机硅纳米复合材料和具有MXene/有机硅纳米复合材料的MXene层的表面电位分别为-1.3、-6.66和-9.1 kV；与平板硅胶相比，这些潜力可以持续更长的时间。特别是，具有 MXene/硅胶纳米复合材料 TENG 的 MXene 层的表面电位在有效接触后持续约 180 分钟（图 2c）。这一结果表明，具有 MXene/硅胶纳米复合材料的 Mxene 层可以作为 TENG 的稳定输出。此外，介电常数是提高 TENG 输出性能的重要因素。在 100 Hz 频率下具有不同 MXene 含量的 MXene/硅胶纳米复合材料的介电常数如图 S5（支持信息）所示。通过添加 MXene 含量，纳米复合材料的介电常数可以显着提高， MXene 含量从 32 提高到 46 ， MXene 含量为 0 至 3 mg cm-2 ，最大介电常数值从 3 mg cm-2 MXene 含量中发现。 DSC-TENG 的工作机制及其使用 FEM 的 COMSOL Multiphysics 仿真验证（图 S6 和 S7 中的详细说明，支持信息）。

图2
a) 具有不同 MXene 浓度的 MXene/硅胶纳米复合材料在 3 mm 距离处的初始和接触后表面电位。 b) 不同 MXene 含量与 MXene/硅胶纳米复合材料 3 mm 距离的初始和接触后表面电位。 c) 有机硅、MXene/有机硅纳米复合材料和具有 MXene/有机硅纳米复合材料的 MXene 层的表面电位衰减。 de) 在 TENG 中具有优化的 Mxene 层的各种类型的织物纹理辅助微结构 MXene/硅胶纳米复合材料的峰峰值电压和峰值电流密度的变化。 f) 在 6 N 的力和 4 Hz 的频率下，在 TENG 中具有不同 MXene 浓度的 MXene/硅胶纳米复合材料的电荷密度变化。 g-i) 在 6 N 的力和 4 Hz 的频率下， TENG 中不同 MXene 含量的 Mxene/硅酮纳米复合材料的电荷密度、峰峰值电压和峰值电流密度的变化。