Auxetic Structure‐Assisted Triboelectric Nanogenerators for Efficient Energy Collection and Wearable Sensing

摩擦电效应 材料科学 可穿戴技术 可穿戴计算机 辅助 能量收集 纳米技术 能量(信号处理) 工程物理 复合材料 计算机科学 工程类 统计 数学 嵌入式系统
作者
Ouyang Yue,Xuechuan Wang,Yi Zhou,Zhongxue Bai,Xiaoliang Zou,Long Xie,Xinhua Liu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (24) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/aenm.202400212
摘要

Abstract Triboelectric nanogenerators (TENGs) are recognized for energy conversion efficiency and applications including electronics and energy storage devices. This study introduces a groundbreaking development in TENG by incorporating negative Poisson's ratio metamaterials to fabricate auxetic‐assisted triboelectric nanogenerators (Auxetic‐TENG), subversively overcoming the low power density of traditional materials. Subtly, an integrated layer‐by‐layer‐assembly and core–shell accumulation strategy is employed to create a synclastic polytetrafluoroethylene negative friction shell‐skeleton, into which positive Poisson's ratio nature collagen aggregate (CA) foam is inwardly embedded as the positive friction core‐material. Surprisingly, the on‐demand introduction of metamaterials in synergy with CA significantly increases the contact area and mechanical energy absorption of the Auxetic‐TENG under pressure. This enhancement in the conversion efficiency of mechanical to electricity capitalizes on the contraction origins of negative Poisson's ratio metamaterials, integrated with the expansion characteristics of the positive Poisson's ratio materials within the structure, facilitating the synergistic compression of the positive and negative friction stratum. Consequently, Auxetic‐TENG achieves an open‐circuit voltage of 85 V, an overturning four times compared to conventional contact–separation TENG, and a power density of 4.2 W m −2 . Application experiments demonstrate the superior performance of auxetic‐TENG under various compression ratios and stress conditions, highlighting its potential for real‐time monitoring in healthcare applications.
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