A Hydrophobic Self-Repairing Power Textile for Effective Water Droplet Energy Harvesting

材料科学 摩擦电效应 能量收集 能量转换效率 表面能 接触角 聚合物 疏水 电压 光电子学 高效能源利用 电极 化学工程 纳米技术 复合材料 功率(物理) 电气工程 化学 物理 工程类 物理化学 量子力学
作者
Cuiying Ye,Di Liu,Peng Xiao,Yang Jiang,Renwei Cheng,Chuan Ning,Feifan Sheng,Yihan Zhang,Kai Dong,Zhong Lin Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (11): 18172-18181 被引量:163
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c06985
摘要

Triboelectric nanogenerators (TENGs) are useful for harvesting clean and widely distributed water droplet energy with high efficiency. However, the commonly used polymer films in TENGs for water droplet energy harvesting have the disadvantages of poor breathability, poor skin affinity, and irreparable hydrophobicity, which greatly hinder their wearable uses. Here, we report an all-fabric TENG (F-TENG), which not only has good air permeability and hydrophobic self-repairing properties but also shows effective energy conversion efficiency. The hydrophobic surface composed of SiO2 nanoparticles and poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene)/perfluorodecyltrichlorosilane (PVDF-HFP/FDTS) exhibits a static contact angle of 157° and displays excellent acid and alkali resistance. Because of its low glass transition temperature, PVDF-HFP can facilitate the movement of FDTS molecules to the surface layer under heating conditions, realizing hydrophobic self-repairing performance. Furthermore, with the optimized compositions and structure, the water droplet F-TENG shows 7-fold enhancement of output voltage compared with the conventional single-electrode mode TENG, and a total energy conversion efficiency of 2.9% is achieved. Therefore, the proposed F-TENG can be used in multifunctional wearable devices for raindrop energy harvesting.
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