Hemicellulose‐Based Water‐Soluble Triboelectric Nanogenerator for Advanced Flexible Electronics

摩擦电效应 材料科学 半纤维素 纳米发生器 化学工程 纳米技术 复合材料 纤维素 压电 工程类
作者
Lujie Wang,Xin Li,Yang Liu,Dong Lv,Chenglong Fu,Yehan Tao,Jinwen Hu,Jia Zhang,Jian Du,Haisong Wang
出处
期刊:Macromolecular Rapid Communications [Wiley]
卷期号:46 (21): e00340-e00340
标识
DOI:10.1002/marc.202500340
摘要

Biodegradable hemicellulose has been recognized as a promising triboelectric positive material due to its polyhydroxy structure. However, its inherently low triboelectric polarity severely limits its application in flexible wearable sensor systems. Herein, a hemicellulose-based composite film with excellent triboelectric properties was designed. Acrylamide (AM) monomers were grafted onto the hemicellulose backbone through a free radical graft copolymerization reaction. The amino group's strong electron-donating capability enhanced molecular polarization. Synergistic dynamic hydrogen/covalent bonding networks improved mechanical properties (strength, fatigue/thermal expansion resistance) through optimized cohesive energy, thereby boosting charge transfer and significantly enhancing macroscopic triboelectric performance. The HC/PAM4-based TENG delivers 81 V open-circuit voltage, 6.6 µA short-circuit current, 10 nC transferred charge, and 49 mW/m2 peak power density at 1 Hz. Self-powered, the device monitored human motion by analyzing distinct signal waveforms for precise recognition. The HC/PAM4 film retains recyclability through water dissolution-drying cycles via dynamic hydrogen bonds, maintaining stable properties over 5 cycles: water solubility time (140 ± 2 s), tensile strength (10 ± 2 MPa), and elongation at break variation (<5%) under ambient conditions, demonstrating excellent long-term stability. Our finding offers an effective strategy for enhancing hemicellulose-based triboelectric materials, enabling wearable self-powered sensors toward eco-friendly intelligent devices.
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