東北林大陳文帥教授和中科院納米能源所楊亞教授等綜述：基于生物聚合物納米纖維的納米發電機研究進展
近年來，人們期望開發出綠色環保、可持續的新型聚合物材料，為優化納米發電機的結構和性能提供新思路。從自然界的生物中開發出來的聚合物納米纖維，由于其獨特的納米結構、性能、可再生性和豐富性，已經逐漸成為能源領域中的一類新興構筑單元材料。近日，東北林業大學陳文帥教授和中國科學院北京納米能源與系統研究所楊亞教授等總結了生物聚合物衍生納米纖維基納米發電機的研究進展，撰寫了題為“Biopolymer Nanofibers for Nanogenerator Development”的綜述型文章，發表在Research上（DOI: 10.34133/2021/1843061）。
納米發電機是美國佐治亞理工學院王中林院士團隊最早提出的通過收集環境中的微機械能轉化為電能的供電裝置。與其他發電裝置相比，納米發電機具有一些明顯優勢，如：獨特的微型化、可持續供電、不依賴外部能源、靈活的結構設計和組裝、多樣的材料選擇等。隨著全球對納米發電機領域研究興趣的快速增長，納米發電機的材料選擇和制造技術受到了廣泛關注。生物聚合物納米纖維作為由樹木、竹子、螃蟹、蝦、蜘蛛和蠶等生物合成的天然聚合物納米材料，繼承了生物材料的許多優點，如來源豐富、優越的力學性能、生物相容性、生物降解性、可再生性等，同時還展現出獨特的納米結構和性質，已被用來開發多種不同類型的納米發電機（圖1）。
圖1 生物聚合物納米纖維的制備、塊體材料構筑與納米發電機開發
首先，文章介紹了從不同生物原料制造聚合物納米纖維的有效策略，以及各種生物聚合物納米纖維的結構和特性。多糖和蛋白質納米纖維是地球上最主要的兩種生物聚合物納米纖維，具體包括纖維素納米纖維、甲殼素納米纖維、絲納米纖維、膠原納米纖維和明膠納米纖維。生物聚合物納米纖維的制備方法主要包括：生物材料納米解纖、從小分子中生物合成和靜電紡絲。隨后，文章重點介紹了使用不同生物聚合物納米纖維作為基本構筑單元開發納米發電機的研究進展。生物聚合物納米纖維可以通過直接利用/化學改性/復合活性單元等方法來制備薄膜、納米紙、氣凝膠、泡沫等，用于納米發電機開發；通過設計使塊體材料具有優化的孔尺寸、孔結構、粗糙度、納米纖維有序排列或堆疊、復雜結構等，以進一步優化并提升納米發電機的性能和功能。近年來，生物聚合物納米纖維除了被用于研發摩擦納米發電機和壓電納米發電機外，也被逐步應用在利用濕氣或滲透能發電的發電機領域。
生物聚合物納米纖維的開發和利用在納米發電機領域具有很大的潛力，但進一步優化納米發電機的性能和功能仍面臨著許多挑戰。如何利用更有效的方法開發不同種類的生物聚合物納米纖維，如何對生物聚合物納米纖維進行化學改性引入更多類型的活性基團，如何制造更多類型生物聚合物納米纖維衍生塊體材料用于各種類型的納米發電機開發等，仍有待于后續深入研究。
原文鏈接：
https://spj.sciencemag.org/journals/research/2021/1843061/
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