A Superhuman Sensing Triboelectric Nanogenerator with Boosted Power Density and Durability via a Bio‐Inspired Janus Structure

摩擦电效应 材料科学 纳米发生器 杰纳斯 纳米技术 电介质 碳纳米管 电极 石墨烯 光电子学 复合材料 压电 化学 物理化学
作者
Chun Jin,Chen Zhang,Pengfei Yan,Mengqi Jiang,Rui Yin,Kang Li,Weiwei Zhao,Ziqian Bai
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (37) 被引量:31
标识
DOI:10.1002/adfm.202402233
摘要

Abstract Triboelectric nanogenerators (TENG) not only enable sustainable self‐powered sensing of devices, but also have superhuman noncontact/contact identification capabilities, which are propelling humanity toward the intelligent era. However, the inherently low dielectric constant of triboelectric materials as well as the mechanical mismatch between electrodes and dielectric materials severely limited their efficient and stable output performance. Taking inspiration from the asymmetric structure and function of human skin, a novel single‐electrode TENG is developed, whose electrode and dielectric layer are integrated in a Janus architecture. By tuning the balance between gravity and the internal noncovalent interactions, gradient dispersion of carbon nanotubes in waterborne polyurethane networks can be feasibly achieved, which can boost the device performance by reinforcement in both the charge trapping capacity of the dielectric layer and the charge transfer of the electrode layer. As a proof‐of‐concept, triboelectric sensing and deep learning are integrated to realize the evolution from perception to identification under both noncontact (motion prediction) and contact (material identification) modes. The bionic design strategy of gradient Janus film can offer valuable insights into improving the output performance and durability of TENG. Additionally, the proximal prediction and tactile identification functions are also desirable attempts for future human‐machine interfaces.
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