摩擦纳米发电机（TENG）是一种通过摩擦产生电能的装置，具有结构简单、成本低廉、环境友好等优点。近日，中国科学院纳米能源所的研究团队在《先进功能材料》上发表了一项创新研究成果：他们利用废弃口罩材料，成功制造出一种摩擦纳米发电机，可以收集海水波浪的能量。
口罩的主要材料是聚丙烯（PP），就这种材料本身而言实际并不适合制造摩擦纳米发电机，因为其“摩擦电负性”不好，也就是不容易摩擦起电。不过，研究团队通过拆解口罩发现，口罩的每层聚丙烯纤维薄膜均可通过摩擦纳米发电产生电流输出，并且具有良好的疏水性、高表面电阻和大表面积，这些特性使其在摩擦过程中易于产生静电荷，可以作为TENG材料。
除了性能本身外，想用废弃口罩制作摩擦纳米发电机还有两大难点需要解决。一是废弃口罩在使用过程中可能会受到污染，带有病毒和细菌，因为制成的发电机要投放在大海中使用，如果杀灭病菌不彻底，后续可能会带来环境问题。为了解决这一问题，研究团队采用高压杀菌技术，通过6000伏脉冲高压对口罩进行消毒，杀菌率能达到91.8%，并且这种方法不仅可以有效杀菌，还能对聚丙烯材料进行“极化”，提升其摩擦起电性能。
第二个难点则是厚度，对摩擦纳米发电机的核心“介电层”来说，即使是单层口罩薄膜的厚度也过厚了，为此研究团队将单层口罩薄膜放液压机下冲压，进一步压薄单层口罩薄膜，显著提升了发电机的输出性能。
最终，研究团队利用44个废弃口罩制造出一台边长7厘米的立方体摩擦纳米发电机，内部并联了64个发电单元。在实验室的“造波装置”中，该发电机在波浪驱动下实现了18.22瓦每立方米的峰值功率密度，并成功为LCD屏幕和温度计供电。
这一研究不仅展示了废弃材料的再利用价值，还为清洁与可持续能源的开发提供了新的思路。研究团队表示，这一创新有望在大规模海洋蓝色能源开发领域发挥重要作用，为实现双碳目标做出贡献。虽然目前这项研究还处于实验室阶段，但其已经可以点亮温度计、液晶屏幕，而未来随着技术的进一步深入其将具有更广阔的应用前景。
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