Mechanically Resilient, Self-Healing, and Environmentally Adaptable Eutectogel-Based Triboelectric Nanogenerators for All-Weather Energy Harvesting and Human–Machine Interaction

摩擦电效应 材料科学 自愈 能量收集 稳健性(进化) 纳米技术 计算机科学 机械工程 复合材料 工程类 能量(信号处理) 医学 替代医学 病理 生物化学 统计 数学 化学 基因
作者
Shao-Chao Sun,Sanwei Hao,Yongquan Liu,Shao-Fei Sun,Ying Xu,Ming Jiang,Changyou Shao,Jia‐Long Wen,Run‐Cang Sun
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (1): 811-825 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c12130
摘要

Triboelectric nanogenerators (TENGs) have garnered significant attention for mechanical energy harvesting, self-powered sensing, and human-machine interaction. However, their performance is often constrained by materials that lack sufficient mechanical robustness, self-healing capability, and adaptability to environmental extremes. Eutectogels, with their inherent ionic conductivity, thermal stability, and sustainability, offer an appealing alternative as flexible TENG electrodes, yet they typically suffer from weak damage endurance and insufficient self-healing capability. To overcome these challenges, here, we introduce an internal-external dual reinforcement strategy (IEDRS) that enhances internal bonding dynamics within the eutectogel matrix, composed of glycidyl methacrylate and deep eutectic solvent, and integrates plant-derived lignin as an external reinforcer. Notably, the resultant eutectogel, named GLCL, exhibits appealing collection merits including superior mechanical robustness (1.53 MPa tensile stress and 1.85 MJ/m3 toughness), ultrastrong adhesion (4.76 MPa), high self-healing efficiency (84.7%), and significant environmental adaptability (-40 to 100 °C). These improvements ensure that the assembled triboelectric nanogenerator (GLCL-TENG) produces stable and robust electrical outputs, maintained even under dynamic and postdamage conditions. Additionally, the GLCL-TENG exhibits significant extreme environmental tolerance and durability, maintaining high and consistent electrical outputs over a wide temperature range (-40 to 100 °C) and throughout 10,000 cycles of repeated contact-separation. Leveraging these robust performances, the GLCL-TENG excels in all-weather biomechanical energy harvesting and accurate individual motion detection and functions as a self-powered interface for wireless vehicular control. This work presents a viable material design strategy for developing tough and self-healing eutectogel electrodes, emphasizing the potential application of TENGs in all-weather smart vehicles.
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