顶刊综述(IF=17.521)：教你如何突破纤维素摩擦电材料的性能极限！

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随着第四次工业革命的迅猛发展，人们对现代先进材料提出了便捷化、智能化等多项要求。摩擦电材料因其优异的能量收集与转换能力，正在成为可穿戴电子设备、人机交互界面、智能机器人、触觉感知系统等新兴领域的弄潮儿。近年来，研究人员通过改变纤维素材料的化学结构和制备方法，进一步提高了其介电响应和摩擦电性能，大幅拓展了纤维素摩擦电材料在前沿电子领域的应用前景。在此背景下，深入研究纤维素的介电极化机制并探究其调控规律对于先进介电材料的开发具有重要的科学和工程意义。

近日，聂双喜教授团队基于之前的研究工作，提出了通过介电调控构建极化性能增强型纤维素摩擦电材料的创新理念，展示了介电调控策略在先进功能材料构筑以及生物质高值化利用中的研究价值和开发潜力。该项成果以题为“Fabrication of Advanced Cellulosic Triboelectric Materials via Dielectric Modulation”发表在国际学术期刊《Advanced Science》（IF=17.521）上。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202206243

图1. 基于介电调控的先进纤维素摩擦电材料

（一）纤维素摩擦电材料概述

纤维素是地球上最古老的天然聚合物之一，同时也是一种可再生、低成本、可生物降解的天然生物质材料，具有前景广阔的特性：合适的机械性能、易加工性、介电性能、压电性能和可转换性。此外，纳米纤维素以其优异的性能和独特的形态在合成先进功能材料方面具有很大的优势，表现出很强的适应性，在许多高分子材料中具有很强的竞争力，广泛应用于可再生能源、环保、生物医药、航空航天、先进电子设备、绿色化学等前沿技术领域。

图2. 纤维素的本征优势

（二）纤维素摩擦电材料的介电调控机制

从介电常数和极化的角度分析了介电特性对TENG输出的影响。随后，提出了许多预测纤维素材料有效介电常数的理论模型，比较了它们之间的重点。

图3. TENG的理论模型和摩擦电材料的极化机制

此外，从渗透效应的角度分析了纤维素摩擦电材料介电调制过程中阈值现象的负面影响。最后，总结了一些常用的介电特性表征方法，并对它们之间的技术特点进行了比较。

图4. 介电调制的理论模型和介电常数的表征技术

（三）纤维素摩擦电材料的介电调控策略

在介电调控策略中，主要为纤维摩擦电材料的介电调制提供了物理结构设计、化学基团修饰以及功能填料选择方面的指导。

图5. 物理结构设计

（四）介电调控赋予纤维素摩擦电材料的性能增强

通常情况下，适当的结构设计和功能性填料的结合产生了具有优异摩擦电性能的纤维素材料，使基于纤维素的TENGs能够适应多种环境，并在能量收集、可穿戴电子设备和阻抗匹配等前沿领域发挥作用。

图6. 纤维素基可穿戴电子设备

总结：纤维素凭借其天然的正摩擦电特性、高丰度、高柔韧性、高化学反应性、可组装性、可生物降解性和生物相容性等独特优势，已广泛应用于能量收集与转化、自供电传感器、人机交互、智能监测、柔性可穿戴电子设备等物联网应用。文章的结尾对高介电纤维素材料的大规模推广进行了总结和展望，从纤维素极化性能的基础研究、潜在的调控策略、纤维素材料的定制化设计、摩擦电性能提升与可持续性的平衡以及进一步开发前瞻性应用等方面进行了深入讨论和分析。

*感谢论文作者团队对本文的大力支持。

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