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　　摩擦伏特效应(Tribovoltaic effect)可以将半导体界面的摩擦机械能转换为直流电能，相比于高阻抗，高电压，低电流密度的聚合物基摩擦纳米发电机(TENG)，基于摩擦伏特效应的直流纳米发电机表现出了低阻抗，低电压及高电流密度的特性。这种特性使其不需要额外的电源管理就可以高效地为可穿戴电子设备，微型分布式传感器等供电。然而，目前摩擦伏特直流纳米发电机大多数是基于Si, GaN等的无机半导体材料，这并不适合柔性电子器件的集成与应用。

　　为此，中科院北京纳米所张弛研究员团队提出了一种基于2H-MoS2/Ta4C3二维动态异质结的柔性耐久摩擦伏特织物直流纳米发电机(MTNG)，近日以“Robust Flexible Textile Tribovoltaic Nanogenerator via a 2D 2H-MoS2/Ta4C3 Dynamic Heterojunction”为题发表在《Advanced Functional Materials》上，该论文系统的研究了滑动状态下机械压力，滑动速度及材料的功函数对器件输出性能的影响，并进一步探讨了多个MTNG在串并联模式下的输出特性，最后展望了其在可穿戴电子设备领域内的潜在作用。

　　图2. MTNG的结构，机制与性能. (A)MTNG器件示意图. (B) 和Ta4C3薄膜的实物照片. (C)界面间的电子云势阱模型，载流子输运能带图及理论计算的两种材料的功函数. (D) I-V特性曲线和摩擦过后的表面电势变化. (E)MTNG的开路电压. (F)MTNG的短路电流. (G)MTNG不同负载下的电流密度与输出功率密度.

　　图3.MTNG的影响因素与稳定性. (A-C)不同压力下MTNG的开路电压与短路电流.(D-F)不同滑动速度下MTNG的开路电压与短路电流. (G)不同金属及MXene类材料间的输出电流对比. (J)不同金属及MXene类材料的功函数. (K) 不同压力和滑动速度下输出功率密度的测试与拟合. (J)MTNG的耐久性测试. (K) 在不同摩擦时间的表面形貌与表面粗糙度.

　　图4. MTNG串联与并联的输出性能. (A-C)MTNG在串联模式下的开路电压与短路电流输出特性及为不同的电容器充电.(D-F)MTNG在串联模式下的开路电压与短路电流输出特性及为不同的电容器充电.

　　图5. MTNG在自供电可穿戴领域中的引用及前景展望. (A)MTNG在收集动能应用于可穿戴电子及自驱动传感领域内的前景展望.(B) MTNG收集不同部位的输出电压. (C)MTNG在串联模式下收集动能为电容充电. (D)MTNG在并联模式下收集动能为电容充电. (E-F)MTNG收集动能为商业化的电子手表与计算器供电.

　　图6.一种自供电的人类室内无线预警定位系统. (A-B) MTNG在不同速度下的输出电压.(B) 不同速度下MTNG收集动能的输出电压. (C-E)一种用于位置预警的自供电传感系统. (F)在不同位置蓝牙信号强度的数字转换.

　　作者开发了一种基于2H-MoS2/Ta4C3二维动态异质结的柔性耐久摩擦伏特织物直流纳米发电机。MTNG展示了优异的直流输出特性并具有良好的耐久性。作者系统地研究了MTNG在不同的参数下的输出性能，并对比了不同材料之间的输出差异。此外，作者还展示了MTNG作为柔性电源在可穿戴电子和自驱动传感领域内的应用前景，并设计了一种无线的位置预警系统。该工作为创建柔性直流电源和自供电可穿戴电子产品提供了可行的选方案。该文得到了国家自然科学基金原创探索计划项目的支持。

　　第一作者：范贝贝，广西大学2020级博士研究生（联合培养）；王昭政，中国科学院大学2020级博士研究生