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3月14日，林業(yè)工程學(xué)科生物質(zhì)仿生智能研究團(tuán)隊(duì)在材料科學(xué)領(lǐng)域國(guó)際期刊《Nano Today》（中科院1區(qū)，IF=17.4）在線(xiàn)發(fā)表題為《用于可持續(xù)機(jī)械傳感和能量收集裝置的新興纖維素材料：進(jìn)展與前景》（Emerging cellulosic materials for sustainable mechanosensing and energy harvesting devices: Advances and prospect）的綜述論文。第一作者是該團(tuán)隊(duì)碩士研究生廖嘉棋，通訊作者為浙江農(nóng)林大學(xué)沈曉萍副教授和孫慶豐教授，合作作者包括美國(guó)得克薩斯理工大學(xué)Julia L. Shamshina助理教授和沈陽(yáng)化工大學(xué)趙大偉教授。浙江農(nóng)林大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院為該論文第一單位和通訊作者單位。

該綜述論文全面總結(jié)了近年來(lái)基于摩擦納米發(fā)電效應(yīng)的纖維素基機(jī)械感受和能量存儲(chǔ)器件（Cellulosic materials for sustainable mechanosensing and energyharvesting devices）的研究進(jìn)展和展望，系統(tǒng)提供了目前主流的纖維素基納米摩擦電器件匯編，涵蓋了從組成和加工到優(yōu)化和應(yīng)用的各方面研究（圖1），重點(diǎn)闡釋了基于摩擦電效應(yīng)的新型纖維素基離電智能材料的內(nèi)在作用機(jī)制和性能提升策略。

圖1 圖形摘要

該綜述囊括了各類(lèi)纖維素基新興材料的納米摩擦效應(yīng)，從木材、竹材等天然生物質(zhì)到微納纖維素基重組材料，如表面微圖案薄膜、氣凝膠、水凝膠、離子凝膠等，其摩擦電效應(yīng)的影響因素包括摩擦層的電荷密度和接觸面積、接觸模式、磨損程度、電荷收集和傳播效率等。由于纖維素在摩擦電序列中占據(jù)中間位置，表現(xiàn)出弱陽(yáng)極性，限制了其高效產(chǎn)生摩擦電荷的能力。根據(jù)不同形式纖維素基材料的結(jié)構(gòu)特性，我們將最重要的表面電荷密度增強(qiáng)機(jī)制分為三種類(lèi)型：（1）非多孔致密材料的極性主導(dǎo)摩擦電效應(yīng)，（2）多孔材料的比表面積主導(dǎo)摩擦電效應(yīng)和（3）凝膠電極的離子電導(dǎo)提升效應(yīng)。通過(guò)一系列的纖維素修飾技術(shù)，包括表面微納結(jié)構(gòu)創(chuàng)建、化學(xué)試劑處理和物理介/導(dǎo)粒子摻雜，有望達(dá)到甚至超越傳統(tǒng)摩擦電器件的輸出性能基準(zhǔn)。此外，本文梳理了纖維素基材料在實(shí)際應(yīng)用中電荷感應(yīng)和輸出性能的耐久性不足、吸濕性過(guò)強(qiáng)等問(wèn)題的解決路徑。論文最后列舉了纖維素基摩擦電效應(yīng)器件在智能感應(yīng)和能量收集領(lǐng)域的關(guān)鍵研究挑戰(zhàn)，并提出了相應(yīng)的發(fā)展展望（圖2）。

圖2 纖維素基摩擦納米發(fā)電效應(yīng)概念圖

（化材學(xué)院  謝秀琴）