隨著人類對未知領域的不斷探索，人們愈發關注更加便捷且高效的能量收集與轉換技術。摩擦納米發電機（TENG）因其重量輕、成本低、結構簡單，能夠收集自然環境中無處不在的機械能，從空間中的電磁波到人體日常運動中的振動能，都已被證明是解決自供電設備在極端環境中不可操作性的新興候選，顯示出其在極端工作環境中的顯著兼容性。近年來，研究人員通過合理調控纖維素的物化特性以及制備方法，賦予了纖維素摩擦電材料良好的耐受特性，大幅拓展了TENG在各種極端環境條件的先進應用。這對于拓展纖維素基自供電設備應用領域的發展具有重要意義。

近日，聶雙喜教授課題組在最新一期《Materials Today》上發表了題為“Harvesting energy from extreme environmental conditions with cellulosic triboelectric materials”的綜述文章。從宏觀纖維束到微觀纖維素大分子鏈的角度探討了纖維素摩擦電材料調控策略，包括表面化學功能化修飾、離子調控、物理協同作用以及力場調控。展示了纖維素摩擦電材料在寬溫度、高濕度、高腐蝕、高輻射等極端環境條件下的能量收集和新興應用，以及未來的無限發展潛力和面臨挑戰。

多尺度工程制備具有特殊耐受性的纖維摩擦電材料

（一）纖維素摩擦電材料概述

纖維素作為地球上儲量最豐富的可持續生物高分子材料，具有獨特的物理多維結構和可控的表面化學優勢，廣泛存在于綠色植物等生物質資源中。與其他介電材料相比，通過多尺度界面工程合理的物化調控，可賦予纖維素特定的耐受性，并在寬溫度范圍、高濕度、高輻射、高腐蝕、高沖擊等各種極端環境條件下表現出較高的穩定性能。

多尺度纖維的界面特性

（二）纖維素摩擦電材料的調控機制

文章從表面化學功能化、離子調控、物理協同作用、力場調控四個角度介紹了纖維素摩擦電材料的調控策略，總結了賦予纖維素摩擦電材料耐寬溫度、耐高濕度、耐腐蝕輻射、耐沖擊環境條件的調控方式。

纖維素的力場調控

（三）纖維摩擦材料在極端環境條件下的應用

大多數摩擦電材料在極端溫度（-196℃，200 ℃）環境條件下運行時，往往會面臨高溫環境發生降解、低溫環境發生脆性斷裂現象，這嚴重限制了其在極地探險、航空航天等極端溫度環境條件下的應用推廣。開發具有耐寬溫度的纖維素摩擦電材料，為在極端溫度環境條件下應用的優越可行性和成本效益開辟了新的前景。

耐寬溫度范圍的纖維素摩擦電材料

TENGs通過將摩擦振動、旋轉運動、振蕩運動、脹縮運動等多種機械運動轉化為電能，但摩擦電材料在機械接觸和摩擦過程中會產生嚴重磨損，特別是在反復的強機械脈沖作用下，會導致工作壽命的顯著降低。隨著自供電器件在可穿戴柔性領域的廣泛應用，對摩擦電材料的機械耐久性和柔韌性提出了更加嚴格的要求。

高機械耐久性的纖維素摩擦電材料

（來源：高分子科學前沿）