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文|瓜汁橘长Dr
编辑|瓜汁橘长Dr
引言
它进一步显著提高了基于CNC/PHB的TENG的摩擦电输出，CNC/PHB基TENG的电压输出和电流输出分别比原始PHB基TENG高出5.7倍和12.5倍。
生物TENG在20000个周期内展现出令人钦佩的信号稳定性，尽管CNC/PHB具有较高的硬度，但使用CNC/PHB基TENG成功组装了一个简单结构的柔软拱形传感器。
生物降解摩擦电发电机的新进展
基于可生物降解材料的绿色自供能设备引起了广泛关注，提出了使用绿色内部纳米生物摩擦电发电机构建瞬态生物摩擦电发电机。
绿色内部纳米生物摩擦电发电机是由纤维素纳米晶体/聚羟基丁酸酯制备的，采用高压模压法制备，CNC促进了CNC/PHB的降解并增强了CNC/PHB的介电常数。
它进一步显著提高了基于CNC/PHB的TENG的摩擦电输出，CNC/PHB基TENG的电压输出和电流输出分别是原始PHB基TENG的5.7倍和12.5倍。
在超过20000个周期内，生物TENG表现出令人钦佩的信号稳定性，尽管CNC/PHB具有较高的硬度。
但成功地使用CNC/PHB基TENG组装了一个柔软但结构简单的拱形传感器，它可以实现对各种人类动作的精确实时监测。
自供能系统可以将各种环境能量转化为电能，以维持设备的运行，这种技术主要依赖于特殊的耦合效应，包括摩擦电效应、压电效应、电磁效应、热电效应和热释电效应等。
构想了一种柔性压电增强型摩擦电纳米发电机，可以收集环境能量来驱动商业电子设备，基于摩擦电效应制造了一种用于心血管术后护理的可生物降解压力传感器。
自然可生物降解材料具有生物相容性和可更新性，使这些材料可以用于TENG用于植入式医疗功能装置、瞬态医疗设备和可穿戴传感器。
将生物材料用于自供能电子和系统中具有巨大的潜力和价值，大多数生物材料通常具有结构或功能上的缺陷，采用多功能的化学或物理方法来解决这些问题非常必要。
聚羟基丁酸酯复合材料的地球友好自供能技术研究与创新
聚羟基丁酸酯是一种热塑性手性聚酯，在碳氮营养失衡的情况下，它由微生物合成为碳源和能源储存，PHB具有良好的环境适应性和可生物降解性。
其分解产物可以被环境安全吸收，微生物聚酯还具有一些特殊功能，包括压电性能和热释电性能，关于这些性质已经有一些报告和应用。
利用电纺技术制备了用于各种组织工程的PHB/rGO3D复合生物支架，Zviagin等人用ZnO/PHB制造了纤维支架。
改善了支架的压电响应，这些应用仅涉及生物工程，据所知，几乎没有关于PHB在绿色自供能设备中的报告。
纤维素是地球上生产和广泛来源的生物聚合物，通过化学、物理或生物处理可以制备出具有高结晶度和直径小于100纳米的一维纤维素纳米晶体。
天然CNC具有高度有序的结晶结构、大的比表面积、独特的形态结构、良好的环境适应性和强烈的亲水性，到目前为止，CNC已经应用于许多先进的应用。
如超级电容器、电池、传感器等，它被认为是制造功能材料的有吸引力的组分，CNC和PHB的组合可能会引发新的性能或改进现有性能。
首次制备了基于绿色内部纳米生物摩擦电发电机的绿色内部纳米生物摩擦电发电机，进一步制造了由高硬度生物源CNC/PHB复合材料组成的柔性生物TENG传感器。
绿色纳米填料CNC对绿色PHB的降解和介电性能具有相当大的影响，具有较高介电常数的CNC/PHB可以在背电极上诱导更多的电荷，从而极大地提高了生物TENG的性能。
TENG在超过20000个周期内表现出电信号的显着稳定性，基于CNC/PHB生物纳米复合材料的摩擦电效应，设计并组装了一个简单但灵活的生物TENG传感器。
用于收集关于人类动作的信息，这进一步证明了CNC/PHB生物复合材料在环保的自供能传感器中具有相当大的价值。
CNC在水中和5CNC/PHB铸膜中的分散性和形态直接通过透射电镜揭示，CNC在水中具有良好的分散性，CNC的长度和直径约为200纳米和10纳米。
CNC的形态和结构在制备的CNC/PHB复合材料样品中没有改变，最重要的是，绿色掺杂剂在PHB基体中实现了相对良好的分散。
为了研究CNC对PHB晶体结构的影响，进行了进一步的表征，显示了CNC/PHB纳米复合材料的DSC和WAXD结果，显示了熔融行为和关于结晶区域的信息。
对于原始的PHB样品，其结晶度为76.0%，当添加1%的CNC时，绿色内部纳米生物摩擦电发电机具有更高的结晶度，为78.0%，随着CNC含量的进一步增加。
CNC/PHB纳米复合材料的结晶度从78.0%降至75.4%，普遍认为，聚合物的结晶可以分为两个阶段：成核和生长。
适度含量的CNC作为成核剂对各向异性结构的形成是有益的，但过多的CNC可能会阻碍聚合物分子链进入晶格。
从而最终减少PHB晶体的比例，类似的现象也出现在PDLA/PLLA/CQD复合材料的结晶过程中，WAXD进一步用于检查CNC/PHB中PHB晶体的微观结构。
三个CNC/PHB样品具有相似的X射线衍射光谱，这表明它们可能具有相似的结晶结构，通过SEM直接观察了3CNC/PHB样品的晶体结构形态。
除了这些结构性表征外，还讨论了生物材料的降解，纯PHB在碱性水溶液中几乎没有质量损失，外观没有明显的变化，与PHB样品相比。
5CNC/PHB复合材料的剩余质量分数随时间减小，表明生物复合材料发生了水解反应，当降解时间达到29天时，样品边缘变白，样品表面出现裂纹。
白色区域不断扩大，样品在116天内分解成碎片，再过60天，5CNC/PHB样品的剩余质量分数达到约84%。
与纯PHB几乎不降解相比，5CNC/PHB的几乎没有降解可能归因于以下三点，结晶区域中的紧密结构使溶液渗透困难，纯PHB样品具有较高的结晶度，对水解降解更有害。
CNC，一种亲水性纳米材料，提高了CNC/PHB纳米复合材料的亲水性，这进一步促进了溶液扩散和CNC/PHB中的水解反应，最后但同样重要的是。
较低的实验温度抑制了PHB和CNC/PHB的水解反应，这个结果证实了绿色内部纳米生物复合材料在可降解电子设备领域具有巨大的可能性和价值。
不同CNC含量的CNC/PHB复合材料分别组装成TENG，由于CNC/PHB的表面电位与聚二甲基硅氧烷不同，所以当两种材料接触然后分离时会建立摩擦电位。
它可以驱动背电极和地之间的电子往复流动，使用相同的方法制备了纯PHB基TENG作为参考，评估了发电机的动能收集性能。
生物-TENG在外部激励下的电气输出，显示了在4N和1Hz的外部激励下生物-TENG的电能输出，CNC/PHB基TENG的发电能量随着CNC含量的增加而提高。
5CNC/PHB基TENG的开路电压和短路电流分别可以达到248.8 V/cm3和2.5 μA/cm3，分别是纯PHB基TENG的6.7倍和13.5倍，由于这些复合材料具有相似的外观和内部结构。
可生物降解纳米生物摩擦电发电技术的可持续能源应用究与创新
"其中Voc是开路电压，Qsc是短路传输电荷，σ1是背电极上的表面电荷密度，S是电极的表面积，C是背电极和接地端之间的电容，当测试条件保持不变时。
S和C通常是常数，Voc和Qsc只与σ1相关，对于具有较高介电常数的CNC/PHB，它可以在背电极上引起更多的电荷。
并从而改善Voc和Qsc，因为短路电流被定义为Qsc与时间的比值，所以Isc也随着CNC量的增加而增加。
对5CNC/PHB基TENG的详细研究还确定了激发频率和力振幅对摩擦电输出的影响，5CNC/PHB基TENG在给定频率为1Hz的不同施加力下的电输出被收集。
开路电压和短路电流输出随着冲击力的增加而逐渐增加，电压和电流输出密度从248.8 V/cm3和2.5 μA/cm3增加到331.4 V/cm3和4.9 μA/cm3。
这些结果表明5CNC/PHB基TENG对外部施加力的变化相对敏感，从而证明了这种绿色发电器可以将多种环境机械能转化为电能。
由16N冲击力刺激的5CNC/PHB基TENG的电输出，频率从1 Hz、2 Hz变化到3 Hz，类似地，随着激发频率的增加，生物TENG可以产生更高的电输出。
电压密度可以达到365.2 V/cm3，电流密度可达5.5 μA/cm3，获得的增量相对较小，之前的研究中也出现了类似的现象。
这种生物材料纳米发电机可以对应力和频率的变化做出反应，这表明这种摩擦电机械能转化装置可以适应各种环境中的机械运动。
还对电输出性能进行了更多的研究，为了确定最大电功率输出，收集了5CNC/PHB基TENG在不同外部电阻下的电流和电压。
电流和电压与外部负载电阻呈正相关和负相关，因为存在欧姆损耗，当电阻从1 MΩ变化到5 GΩ时，输出电信号发生了剧烈的变化。
计算了瞬时功率密度对外部负载电阻的依赖关系，当外部电阻达到约166 MΩ时，瞬时峰值功率最大，相应的电功率密度约为58.4 μW/cm3。
显示了通过5CNC/PHB基TENG为一系列电容器充电的情况，0.1 μF和0.2 μF的电容器分别在约50 s和100 s内充电至3 V。
稳定的能量输出是评估电子设备性能的重要标准之一，选择了5CNC/PHB基TENG在持续激励下的短路电流作为主要标准。
该装置生成的电流在20000多个周期内几乎没有变化，表明了该装置在自供电传感器领域具有巨大的潜力。
之前的测试已经证明了5CNC/PHB基TENG具有可观的能量输出性能，PHB材料通常具有高脆性，这会限制生物聚酯的价值。
基于CNC/PHB的小型、柔性传感器被构想出来，它可以根据来自该传感器的电信号精确感知人体运动，使用PI作为支撑材料携带5CNC/PHB样品和PDMS薄膜。
展示了传感器的数字图片，它的尺寸适中，可以附着在肢体的关节上，摩擦表面上的电荷可以在5CNC/PHB样品和地面之间产生静电电势。
为了平衡产生的电势降，电子被驱使在背电极和地球之间来回流动，关节的旋转角度可以影响施加在拱形结构上的应力，从而使传感器产生不同的电信号。
可以分析和感知志愿者的运动，当传感器附在手指关节或肘部时，传感器可以对关节运动产生特征信号，弯曲-伸展运动引发的信号已用蓝色虚线椭圆框标出。
该传感器的信号与关节的旋转角度之间存在正相关关系，还将传感器放入鞋子中，以展示传感器的多功能性。
在不同步行速度下志愿者产生的传感器输出信号，信号的幅度会随着志愿者速度的增加而扩大。
总结
在20000多个连续周期内，它展示了输出电信号的显著稳定性和耐久性，尽管CNC/PHB复合材料具有高硬度，但使用CNC/PHB基生物-TENG制造了一个柔性但简单的拱形传感器。
它在运动监测方面具有重要的实际价值，认为这项工作证实了提高生物聚酯基TENG输出性能的简单而有效的方法。
未来的研究工作将主要集中在设计和制造具有极高含量均匀分散CNC的绿色中的绿色生物纳米复合材料上。