背景：

摩擦纳米发电机（TENG）是一种新兴的能源转换技术，在物联网和低碳经济的背景下用作可再生分布式电源。纳米纤维毡具有重量轻、结构多孔、比表面积大等特点，有利于 TENG 的性能改进和应用扩展。作为一种以可定制方式均匀制备纳米纤维毡的有前途的技术，静电纺丝自问世以来就引起了相当大的兴趣。因此，静电纺丝纤维基 TENG（EF-TENG）发展成为 TENG 领域的一个关键分支，并开展了大量重要的研究工作。

近期，东华大学朱美芳院士团队俞昊教授、黄涛副教授和俞彬在期刊《Chemical Engineering Journal ( IF 13.3 )》上发表题目为“Advanced electrospun fiber-based triboelectric nanogenerators: From diversified designs to customized applications”综述，从多样化设计到定制应用，综述了基于先进静电纺丝纤维的摩擦纳米发电机。

本文要点：

1、在从微观/纳米尺度到宏观尺度，对通过多样化的静电纺丝工艺和设计优化 EF-TENG 进行全面讨论。

2、系统总结了以空气过滤器、声学器件、电子皮肤和电子纺织品为代表的定制应用。

3、最后详细列出了 EF-TENG 面临的挑战和前景。

EF - TENG 的定制化应用

1、空气过滤器：EF 基空气过滤器相比传统过滤器具有重量轻、过滤精度高和自充电能力强等优势，可通过不同材料组合和结构设计实现高效过滤，如用于窗户纱窗和口罩等，部分口罩还可实现呼吸监测功能，但湿度对其性能影响是未来研究重点。

2、声学设备：EF 垫的特性使其成为理想的声吸收材料，基于此构建的 EF - TENG 可实现声 - 电转换，用于驱动电致变色薄膜、捕获声能等，同时可作为声学传感器用于噪声监测、语音识别等，在人机交互方面具有应用潜力。

3、电子皮肤：多孔 EF 垫适用于制造电子皮肤，基于 EF - TENG 的电子皮肤可自供电感知多种信息，具有高透气性和多种辅助功能（如可降解、抗菌、自愈合等），在手势识别、生理监测等方面广泛应用，且可通过结构和材料设计提升性能和舒适性。

4、电子纺织品：结合静电纺丝和 TENG 技术的电子纺织品可作为能量收集器和传感器，应用于人体运动能量收集、驱动电子设备、健康监测等场景，通过设计特殊结构和材料可提高能量转换效率和穿着舒适性，如实现水分管理和被动辐射冷却等功能。

5、其他应用：EF - TENG 还可作为能量收集器收集多种环境能量（气流、雨滴、海洋能等），或作为传感器实现多种传感功能（振动、加速度、角度等），在生物医学、智能系统等领域有应用，如用于植入式设备促进伤口愈合、骨生成和癌症治疗等，以及实现非接触式手势识别等智能交互功能。

图 1. 先进设计和应用中的静电纺丝纤维基摩擦纳米发电机（EF - TENGs）概述。

图 2. 静电纺丝技术。（a）传统装置示意图。（b）机制示意图。

图3. TENG的四种基本工作模式。

图 4. EF - TENGs 的有机-无机杂化设计。

图 5. EF - TENGs 的纤维结构设计。

图 6. EF - TENGs 的1D纱线设计。

图 7. EF - TENGs 的2D非织造布的设计。

图 8.  基于静电纺丝的3D气凝胶设计EF - TENGs。

图 9. EF - TENGs的先进应用(I)。

图 10. EF - TENGs的先进应用(II)。

图 11. EF - TENGs的先进应用(III)。

挑战与展望

1、机械强度提升：静电纺丝制备的聚合物微纳米 EF 垫机械性能弱，影响使用寿命，虽现有后处理方法可改善但存在弊端，未来应研发高强度聚合物基质或引入交联剂，制备强韧且保持摩擦电性能的 EF 垫，拓展 EF - TENG 应用模式。

2、输出性能优化：EF 网络在工作时易产生空气击穿影响输出，可引入功能介电液体抑制，同时应优化静电纺丝工艺制备半导体 EF 垫并与新型摩擦装置结合，提升输出性能，探索新的能量转换机制和材料体系。

3、多孔结构深入机制研究：EF 垫多孔结构对电荷捕获和耗散机制复杂，需深入研究其在不同条件下的竞争关系，建立理论模型，实现超低电荷衰减率和自恢复能力等特性，为性能调控提供理论支持。

4、安全与可持续性：传统静电纺丝使用有机溶剂存在安全隐患，应发展绿色静电纺丝工艺（选用绿色溶剂或无溶剂技术），同时关注摩擦材料的可持续性，合成高性能可生物降解材料，实现 EF - TENG 全装置的可降解性，推动其环保应用。

5、先进技术集成：EF - TENG 应与 TENG 领域新进展融合，如利用液 - 固界面效应开发液体过滤器或探针，作为反应载体参与新领域研究，结合机器学习实现智能感知，促进自身发展和功能拓展。

6、规模化、均匀性与商业化：当前 EF - TENG 研究多处于实验室规模，存在规模化和均匀性难题，可通过优化静电纺丝参数、采用多针或无针静电纺丝等方法改进，同时建立标准化生产线和评价体系，降低成本，推动其在多领域的商业化应用。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158636