成果简介
在高温、高湿度和高大气污染的恶劣环境中，人们迫切需要效率高、压降小和耐高温的先进便携式医疗保健设备。三电纳米发电机（TENGs）作为革命性自供电传感器设备中的能量转换器，为满足这些要求提供了一种可持续的解决方案。本文，江南大学Liqiang Wang、Shufeng Ma，东华大学贾超 副研究员等研究人员在《Nano Lett》期刊发表名为“Cellulose Nanofiber-Based Triboelectric Nanogenerators for Efficient Air Filtration in Harsh Environments”的论文，研究通过在纤维素/氧化石墨烯气凝胶表面合成 ZIF-8，接枝三甲氧基（1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl）硅烷，并加入负效电晕处理，开发出了一种多孔负三电材料，并将其与正三电材料结合，制造出了一种基于纤维素纳米纤维的 TENG 自供电过滤器。
该装置实现了小压降（53 Pa）和高过滤效率（对 PM0.3、PM0.5 和PM1 的过滤效率分别为 98.97%、99.65% 和 99.93%）之间的平衡，在高温和高湿度条件下表现出强大的过滤性能，该工作为开发具有出色空气过滤性能的自供电可穿戴医疗设备提供了一种新方法。
图文导读
图1.示意图显示了基于TENG的自供电医疗保健设备的制备。
图2.气凝胶的表征。
图3.TENG的电力输出性能
图4.TENG的过滤性能。
图5.TENG的综合性能和医疗设备的实时测量性能
小结
综上所述，研究采用了一种简单且可扩展的合成方法，开发出了一种具有高效空气过滤能力的多功能自供电医疗设备。通过原位合成 ZIF-8、将 THS 接枝到 CN/GO 气凝胶表面以及负电晕处理电荷注入，形成了复合材料 CGZT，并表现出优异的输出性能，电压和电流分别达到 184.5 V 和 22.8 μA。在物理拦截和静电吸附的基础上，对 PM0.3、PM0.5 和PM1 的过滤效率分别为 98.97%、99.65% 和 99.93%。
此外，即使在高温高湿的恶劣条件下，过滤效率也能保持在 90% 以上。该装置在短短 225 分钟内就实现了对二氯甲烷的快速平衡吸附，表明其在二氯甲烷泄漏环境中保护人类健康的有效性。在反复进行的过滤器清洁实验中，过滤效率始终保持在极佳水平。此外，通过呼吸驱动机制从机械能转化而来的电能显著增强了材料的抗菌效果，45 分钟内对常见细菌的抑制率大于 99.98%。对佩戴者呼吸状态的实时监测可持续评估呼吸健康状况。因此，我们开发的材料为创造可穿戴、自供电的医疗保健设备提供了一种有效的方法，可在具有挑战性的环境中使用，并在新一代灵活、环保和多功能电子产品中展现出巨大的应用潜力。
文献：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c05089
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