能源是我們賴以生存的命脈，大力發展可再生能源，尋找能源新的增長點，是保障未來可持續發展的重點。基于摩擦起電和靜電感應原理的摩擦納米發電機（TENG），可以將環境中的機械能高效地轉化為電能，高效收集人們周圍分布廣泛且無處不在的微小的機械能，具有質量輕、體積小、材料選擇廣泛、結構簡單等特點，為能量收集和自驅動傳感領域開辟了一個新的方向。

現有研究大多數采用合成高分子材料制備摩擦納米發電機，這將對環境造成不可逆的傷害和污染。本研究采用從蝦蟹等節肢動物的甲殼提取的唯一帶有游離氨基的堿性多糖--殼聚糖作為摩擦材料，構建高能量密度的TENG。作為一種天然綠色材料，殼聚糖還廣泛存在于菌類、藻類、軟體動物的殼和骨骼之中。北航團隊提出了一種基于殼聚糖的結晶度調控和介電性能增強的策略。材料內殼聚糖聚合物鏈形成了結晶結構，通過調控結晶程度，可實現摩擦電極性的轉變。另一方面，聚合物鏈纏繞的碳納米管，在界面處會產生深陷態，從而誘導更多摩擦電荷，提升摩擦電性能。

技術描述

本項目提出了一種基于殼聚糖的結晶度調控和介電性能增強的策略。團隊研究了摩擦電改性的兩種機理：材料內殼聚糖聚合物鏈形成了結晶結構（藍色小方塊），通過調控結晶程度，可實現摩擦電極性的轉變。另一方面，聚合物鏈纏繞的碳納米管，在界面處會產生深陷態，從而誘導更多摩擦電荷，提升摩擦電性能。

通過分析殼聚糖分子鏈的靜電勢圖，與表面電勢表征技術相結合，解釋了由殼聚糖結晶結構產生的獨特的摩擦電極性轉移機理。此調控策略拓展了殼聚糖基TENG的配對材料選擇和應用場景，并且為其他生物材料的摩擦電改性研究提供了可能的方案。同時，通過摻雜納米材料單壁碳納米管（SWCNT），實現不同結晶度的殼聚糖薄膜的介電性能增強，進而提升摩擦電性能。優化后的TENG最大轉移電荷密度為262 μC m-2，并且在20%——85%的濕度范圍內表現出優異的輸出穩定性。本研究為調控殼聚糖的摩擦電極性，提高其性能和穩定性提供了新的思路，促進了天然生物材料在TENG領域的發展。