基于氟化金属有机框架（MOF）的柔性摩擦电系统，具备集成能量采集与存储功能

《CHAIN》：Fluorinated MOF-enabled flexible triboelectric system with integrated energy harvesting and storage

　　

摘要：

摩擦电纳米发电机（TENGs）受到材料本身的限制和系统性能瓶颈的制约。传统的聚二甲基硅氧烷（PDMS）摩擦电层对表面电负性、界面极化和电荷保持能力的控制有限，这阻碍了其稳定自供电运行。为了解决这些问题，我们报道了一种基于氟化金属有机框架（MOF）UiO-66-4F的柔性摩擦电系统，该系统通过跨材料、设备和电路的协同设计实现了能量收集和存储。这种由UiO-66-4F@PDMS复合材料制成的摩擦电纳米发电机（UF-TENG），含有10%的填料，能够产生180伏的开路电压和11微安的短路电流，分别比原始PDMS提高了3倍和1.83倍。UF-TENG在20%的拉伸应变下仍能保持稳定的输出，超过10,000次循环后仍能正常工作。含有20% UiO-66-4F/LiCl的柔性超级电容器具有较低的高频阻抗和近乎理想的低频相位角，并具有典型的双层电容特性，有助于高效电荷管理。该集成设备的输出电压波动比单独的TENG低60%，并且能够在4,500秒内保持稳定的输出，有效提升了能量存储和输出稳定性。这项工作表明，对MOFs中的官能团进行工程化改造不仅增强了摩擦电电荷生成能力，还促进了电荷的高效管理，为可穿戴电子设备提供了一种紧凑、耐用且可集成的电源解决方案。