MnO2包覆石墨增强摩擦电效应用于自供电智能门禁系统的研究

《Materials Today Nano》：Triboelectric Enhancement via MnO 2-Coated Graphite for Self-Powered Smart Entry Systems

本文报道了一种通过MnO2包覆石墨改性聚二甲基硅氧烷（PDMS）制备高性能摩擦纳米发电机（TENG）的创新策略。该复合材料显著提升了表面电荷密度与电荷捕获能力，输出电压达146 V，为无电池智能家居系统（如门移感应指示器）提供了可持续能源解决方案，有力推动了自供电物联网（IoT）技术的发展。

　　

Highlight

MnO₂包覆石墨通过增强电子亲和力与介电特性，显著提升了摩擦电荷的生成效率。将2 wt%的该填料掺入PDMS后，器件输出电压达到146 V，分别是未改性石墨（61 V）和纯PDMS（39 V）的2.3倍和3.7倍，充分证明了MnO₂修饰对摩擦电性能的强化作用。

结论

本研究通过一步水相法成功合成了MnO₂包覆石墨，并将其嵌入PDMS基体中，有效提高了表面电荷密度、电荷捕获与保持能力。通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对填料及复合材料的结构与成分进行了表征，证实了材料的成功制备。采用PL5纳米纤维（NFs）与PMG复合材料作为摩擦层，制备了接触分离式TENG器件。在测试的器件中，含2 wt% MnO₂包覆石墨的TENG（PL5/PMG2-TENG）表现出最优异的性能。