Highly Porous, Ultralight, Biocompatible Silk Fibroin Aerogel-Based Triboelectric Nanogenerator

丝素 气凝胶 摩擦电效应 材料科学 制作 多孔性 纳米技术 丝绸 纳米发生器 图层(电子) 复合材料 医学 压电 病理 替代医学
作者
Xueqiang Tan,Zuyi Huang,Hairun Pei,Zongchao Jia,Jimin Zheng
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:9 (8): 3938-3946 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acssensors.4c00401
摘要

This study presents the fabrication of an ultralight, porous, and high-performance triboelectric nanogenerator (TENG) utilizing silk fibroin (SF) aerogels and PDMS sponges as the friction layer. The transition from two-dimensional film friction layers to three-dimensional porous aerogels significantly increased the specific surface area, offering an effective strategy for designing high-performance SF aerogel-based TENGs. The TENG incorporating the porous SF aerogel exhibited optimal output performance at a 3% SF concentration, achieving a maximum open circuit voltage of 365 V, a maximum short-circuit current of 11.8 μA, and a maximum power density of 7.52 W/m2. In comparison to SF-film-based TENGs, the SF-aerogel based TENG demonstrated a remarkable 6.5-fold increase in voltage and a 4.5-fold increase in current. Furthermore, the power density of our SF-based TENG surpassed the previously reported optimal values for SF-based TENGs by 2.4 times. Leveraging the excellent mechanical stability and biocompatibility of TENGs, we developed an SF-based TENG self-powered sensor for the real-time monitoring of subtle biological movements. The SF-based TENG exhibits promising potential as a wearable bioelectronic device for health monitoring.
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