背景介绍
随着全球能源紧缺及电子设备电源产生的环境问题的日益凸显，发展高性能和绿色环保的能源设备显得尤为重要。木质纤维生物质作为人类社会依赖的重要资源，是一类来源丰富、可天然再生、可生物降解的优质天然高分子材料，由于其独特的光学和机械性能，以及在化学改性和重构方面的潜力，常被用作摩擦纳米发电机（TENGs）的构建材料应用在能量收集，人机交互，可穿戴医疗保健系统等领域。因此利用木质纤维的优势来设计先进的功能材料，将对TENG自供电能源设备的绿色化和规模化具有重要的意义。
文章概述
日前，广西大学王双飞聂双喜团队发表了木质纤维生物质基摩擦纳米发电机的综述论文，论文第一作者为级硕士研究生张宸源，硕士生莫济龙、付秋、刘艳华参与了课题研究。本工作通过分析木质纤维及其相关衍生材料的结构特征，介绍了木质纤维在TENG中的应用场景和优点。重点分析了木质纤维摩擦起电性能的影响因素及木质纤维材料作为TENG摩擦层的研究进展。通过对木质纤维基TENG进行结构设计和性能优化，分析了其在能量收集、传感和可穿戴等领域的应用现状。最后，讨论了开发木质纤维基TENG存在的挑战以及相关智能电子产品的未来前景，以期对木质纤维基TENG的大范围推广和应用做出贡献。
图1.木质纤维生物质基先进功能材料及其在摩擦纳米发电机中的应用
图文导读
图2.木质纤维素基TENG的发展历程
如图2显示了年至年木质纤维素基TENG的三个阶段的发展历程，包括纸张作为TENG结构材料的初步应用，通过木纤维素纤维摩擦电材料极性设计以进一步提高木质纤维素纤维基TENG的输出性能和功能化木质纤维素纤维基TENG的多样化应用，证明其在新兴的TENG能量收集设备和智能电子产品中的使用潜力。
图3.纤维素材料的结构、类型、衍生物、加工技术以及在电子器件中的应用
木质纤维的主要化学成分包括了纤维素，半纤维素和木质素。如图3，纤维素约占木材纤维原料的40%~50%，是木质纤维的主要成分，纳米尺度下的纤维素具有独特的几何尺寸，它可以在给设备提供机械支撑的同时保证TENG设备的灵活性和拓展性，此外纤维素优异的化学反应活性有利于纤维素通过化学修饰将特定的官能团引入纤维素分子中，可以根据实际需求来实现木质纤维素基TENG不同的用途和功能。
图4.木质素材料的结构、加工技术以及在电子器件中的应用
此外，如图4所示，木质素作为木质纤维中的主要成分之一，其含量仅次于纤维素，其碳含量高达60%，成本低廉，是理想的碳基来源，可以制备出不同形式结构的碳材料，如碳纤维，活性炭等，在电子设备的生产中具有更大的优势。
TENG主要由摩擦材料、导电材料和基底材料等部分构成，具有效率高，结构简单和材料多样的独特优势。基于可持续发展的理念和规模化生产的需求，木质纤维的独特性能和良好的可加工性使其适合生产用于TENG电子产品的木质纤维功能化构建材料以实现TENG的绿色化和规模化。本部分首先概述了木质纤维摩擦电性能的影响因素，然后着重介绍了木质纤维基功能材料在TENG器件制备当中作为摩擦材料、导电材料和基底材料的研究工作及优势(图5)。
图5.木质纤维素纤维TENG。（a）基于柔性W-TENG的天然木质智能乒乓球桌示意图；（b）W-TENG在自行供电落点分布统计系统中的实时统计结果，当乒乓球撞击4×2w-TENG阵列表面时，实时输出电压信号沿着一条路径：1-a→2-a→3-B→4-B。（c）制备IBTENG的工艺流程以及摩擦层和制备IB-TENG的照片。（d）透气性P-TENG示意图。（e）有孔和无孔的P-TENG的透气性比较，不同洗涤周期P-TENG的输出电压。（f）可穿戴全织物键盘的总体示意图和结构
结论
与合成聚合物相比，木质纤维在化学，结构，介电和光学性质等方面具有许多独特的特征和优点，因此在TENG相关领域具有极大的应用前景，但仍存在着众多机遇和挑战。包括：
（1）超高性能木质纤维摩擦电材料的开发。例如利用纤维素材料的化学可修饰性，通过超支化等方式引入合适且具有较长链的分子可以极大的增强纤维素的改性效率，从而更大程度上调节纤维素材料表面电位，实现超高电荷密度。（2）木质纤维基TENG在复杂场景下的应用。如功能性木质纤维材料在TENG中的应用可以赋予TENG不同的能力以适应复杂环境。（3）木质纤维对于绿色TENG能源生态体系的构建。使用木质纤维材料作为现代能源装置和系统中的功能组件也能大大促进绿色TENG能源生态体系的构建。
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