Biomechanical Energy Harvesters Based on Ionic Conductive Organohydrogels via the Hofmeister Effect and Electrostatic Interaction

摩擦电效应 材料科学 自愈水凝胶 电导率 溶剂 离子 化学物理 离子键合 电解质 静电学 导电体 化学工程 电极 纳米技术 化学 复合材料 物理化学 高分子化学 有机化学 工程类
作者
Yinghong Wu,Jingkui Qu,Xinghan Zhang,Kelong Ao,Zhiwen Zhou,Zeyang Zheng,Yijie Mu,Xinya Wu,Yang Luo,Shien‐Ping Feng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (8): 13427-13435 被引量:74
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c03830
摘要

The recent use of cryoprotectant replacement method for solving the easy drying problem of hydrogels has attracted increasing research interest. However, the conductivity decrease of organohydrogels due to the induced insulating solvent limited their electronic applications. Herein, we introduce the Hofmeister effect and electrostatic interaction to generate hydrogen and sodium bonds in the hydrogel. Combined with its double network, an effective charge channel that will not be affected by the solvent replacement, is therefore built. The developed organohydrogel-based single-electrode triboelectric nanogenerator (OHS-TENG) shows low conductivity decrease (one order) and high output (1.02-1.81 W/m2), which is much better than reported OHS-TENGs (2-3 orders, 41.2-710 mW/m2). Moreover, replacing water with glycerol in the hydrogel enables the device to exhibit excellent long-term stability (four months) and temperature tolerance (-50-100 °C). The presented strategy and mechanism can be extended to common organohydrogel systems aiming at high performance in electronic applications.
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