Advanced Science：基于介電調控策略的先進纖維素摩擦電材料構筑

01研究背景

隨著第四次工業革命的迅猛發展，人們對現代先進材料提出了便捷化、智能化等多項要求。主要用于摩擦納米發電機(TENGs)的摩擦電材料因其優異的能量收集與轉換能力，正在成為可穿戴電子設備、人機交互界面、智能機器人、觸覺感知系統等新興領域的研究熱點，激發了人們對多功能摩擦電材料的極大興趣。纖維素是自然界中儲量最豐富的大宗生物質資源，具有良好的介電性能和優異的機械強度，被廣泛地應用于多功能摩擦電材料的構筑。近年來，研究人員通過改變纖維素材料的化學結構和制備方法，進一步提高了其介電響應和摩擦電性能，大幅拓展了纖維素摩擦電材料在可穿戴設備、人機交互以及自驅動傳感等前沿電子領域的應用前景。在此背景下，深入研究纖維素的介電極化機制并探究其調控規律對于先進介電材料的開發具有重要的科學和工程意義。

02研究內容

纖維素是自然界中常見的一種聚合物，具有天然的正摩擦電特性、高豐度、高柔韌性、高化學反應性、可組裝性、可生物降解性和生物相容性等獨特優勢。已廣泛應用于能量收集、自供電傳感器、人機交互、智能監控、柔性可穿戴電子設備等物聯網應用。纖維素材料能夠在工業中持續擴大和制造，有希望滿足未來TENG對可持續先進摩擦電材料的大量需求。

圖1?基于介電調控的先進纖維素摩擦電材料

首先介紹了纖維素摩擦電材料的結構和優勢特性。纖維素主要通過1,4-β-糖苷鍵連接β-D-葡萄糖單體組成，是常見的可再生資源，豐富的極性羥基，賦予其非常高的失電子傾向，與帶負電的材料接觸會發生起電效應，展示出優異的摩擦電性能。

圖2?纖維素納米復合材料的界面模型和介電表征技術

其次，從介電常數、極化機制、介電測量技術等方面為纖維素的介電調控提供了理論基礎。提供了物理結構設計、化學基團修飾以及功能填料選擇等方面的指導性策略。

圖3?高介電纖維素摩擦電材料用于TENGs阻抗匹配

最后，展示了高介電纖維素摩擦電材料在能量收集、可穿戴電子設備、阻抗匹配等智新興領域的最新應用。

03結論與展望

本綜述介紹了一種通過介電調控策略構筑高介電性能纖維素摩擦電材料的創新思路。作為一種很有前景的材料制備方法，介電調控通過賦予纖維素摩擦電材料優異的功能特性，極大地擴展了纖維素基TENG的應用潛力。本文的最后對纖維素摩擦電材料的大規模推廣進行了詳細討論，從纖維素極化性能的基礎研究、潛在的調控策略、纖維素材料的定制化設計、摩擦電性能提升與可持續性的平衡以及進一步開發前瞻性應用等方面進行了深入討論和分析，展望未來前景的同時也提出了許多亟待解決的關鍵挑戰。

原文信息

論文題目：Fabrication of Advanced Cellulosic Triboelectric Materials via Dielectric Modulation

第一作者：杜國立

通訊作者：聶雙喜

通訊單位：廣西大學

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202206243

本文由作者供稿