可扩展静电纺丝壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维：基于摩擦纳米发电机的能量收集新途径

研究人员针对壳聚糖(CS)高粘度和强分子间作用力导致纤维成型不均的难题，通过静电纺丝技术开发了CS/聚乙烯醇(PVA)混合纳米纤维膜。采用90%乙酸溶剂优化电纺工艺，获得直径60-300 nm的均质无珠纤维，经FTIR证实材料功能基团完整保留。该纤维作为正极摩擦电材料与FEP组合制成TENG器件，在玩具钥匙操作中实现20 V电压和0.2 μA电流输出，为生物医学与功能应用提供了高性能可持续材料解决方案。

　　

在能源危机与可持续发展需求日益迫切的背景下，生物基材料在能量收集领域的应用成为研究热点。壳聚糖(CS)作为自然界第二丰富的甲壳素衍生物，因其优异的生物相容性、可降解性和阳离子特性，在柔性电子和医疗器械领域展现出巨大潜力。然而，CS的高粘度和强分子间作用力导致传统静电纺丝技术难以制备均匀纳米纤维，严重制约了其实际应用。与此同时，摩擦纳米发电机(TENG)作为新兴能量收集技术，虽能有效转化机械能为电能，但普遍依赖不可降解的合成聚合物，限制了其在生物医学领域的应用。

针对这些关键问题，印度理工学院德里分校（Indian Institute of Technology Delhi）的研究团队创新性地采用聚乙烯醇(PVA)作为CS的共混改性材料，通过优化静电纺丝工艺参数，成功制备出直径范围60-300 nm的均质CS/PVA纳米纤维膜。相关研究成果发表在《Polymer》期刊上，为解决生物基TENG材料制备难题提供了重要技术路径。

研究主要采用三项关键技术：静电纺丝技术制备不同比例(2-3 wt.% CS与10 wt.% PVA)的纳米纤维；场发射扫描电镜(FE-SEM)表征纤维形貌；傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析材料化学结构。通过系统调控90%乙酸溶剂体系，实现了电荷密度与粘度的最佳平衡，显著提升了纤维的可纺性。

材料特性分析
FE-SEM显示所有比例的CS/PVA共混物均形成无珠状缺陷的连续纤维，其中2 wt.% CS与9 wt.% PVA组合(2CS9)展现出最优形貌。FTIR光谱证实纤维中同时存在CS的氨基(3200-3600 cm^?1)和PVA的羟基(3000-3600 cm^?1)特征峰，表明二者通过氢键实现了分子级复合。

TENG性能验证
将CS/PVA纤维作为正极摩擦材料与氟化乙烯丙烯(FEP)负极组合构建TENG器件。2CS9基器件在周期性接触-分离测试中产生20 V开路电压(V_oc)和0.2 μA短路电流(I_sc)，成功集成至钥匙操作玩具验证实际应用潜力。性能优势源于CS的富氨基表面与FEP的强电子捕获能力形成的显著摩擦电极性差异。

结论与展望
该研究突破了CS基纳米纤维的制备瓶颈，通过PVA共混和工艺优化建立了可扩展的生产方法。所开发的CS/PVA-TENG兼具生物相容性与能量收集功能，为可植入医疗设备、环境监测传感器等应用提供了新材料选择。未来通过进一步优化纤维取向和表面修饰，有望实现更高电输出性能，推动生物基能源器件的实用化进程。研究获得印度电子信息技术部(MeitY)INUP-i2i计划(RP04176G)和DST FIST计划(SR/FST/PS-II/2018/53)的资助支持。