Breathable Nanogenerators for an On-Plant Self-Powered Sustainable Agriculture System

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作者
Lingyi Lan,Jiaqing Xiong,Dace Gao,Yi Li,Jian Chen,Jian Lv,Jianfeng Ping,Yibin Ying,Pooi See Lee
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (3): 5307-5315 被引量:179
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c10817
摘要

Building an intelligent interface between plants and the environment is of paramount importance for real-time monitoring of the health status of plants, especially promising for high agricultural yield. Although the advancement of various sensors allows automated monitoring, developing a sustainable power supply for these electronic devices remains a formidable challenge. Herein, a waterproof and breathable triboelectric nanogenerator (WB-TENG) is designed based on poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVDF-HFP) nanofibers embedded with fluorinated carbon nanotubes (F-CNT) microspheres, which was realized by simultaneous electrospinning and electrospraying, respectively. Using carbon nanotubes (CNT) as the electrode, the WB-TENG shows micro-to-nano hierarchical porous structures and high electrostatic adhesion, exhibiting a high output power density of 330.6 μW cm-2, breathability, and hydrophobicity. Besides, the WB-TENG can be conformally self-attached to plant leaves without sacrificing the intrinsic physiological activities of plants, capable of harvesting typical environmental energy from wind and raindrops. Results demonstrate that the WB-TENG can serve as a sustainable power supply for a wireless plant sensor, enabling real-time monitoring of the health status of plants. This work realizes the concept of constructing a plant compatible TENG with environment adaptivity and energy scavenging ability, showing great potential in building a self-powered agriculture system.
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