东纶科技安徽农业大学龚维教授上海工程技术大学郭隐犇副教授AM：在超宽温度范围内运行的摩擦电玄武岩纺织品

  安徽农业大学龚维教授团队和上海工程技术大学郭隐犇副教授团队报道了一种具有超宽工作温度范围（-196 °C至520 °C）的摩擦电玄武岩纺织品，以应对其在高低纬度、高海拔、沙漠、甚至于太空等极端环境的应用需求。相关研究成果以题为 ”Triboelectric basalt textiles efficiently operating within an ultra-wide temperature range” 的论文发表在最新一期的《

  在该研究工作中，采用模拟月壤为原材料，在1350℃下生产可定制化的玄武岩纤维，进而与机织工艺相结合规模化制备玄武岩纺织品作为腔体和正极。此外，以聚酰亚胺（PI）为主体，掺杂铁电陶瓷粉末铌酸钠-钛酸锶（NN-ST），通过电纺工艺制备PI/NN-ST非织造布作为负极，从而得到摩擦电玄武岩纺织品（简称TBT）。

  本工作对TBT的冷热稳定性能进行了系统地探究，与芳纶铝箔涂层布和玻纤布相比，出色的阻燃和隔热性使得TBT在火焰燃烧下依然可以维持良好的空腔结构。在高温下对TBT进行了10000次循环测试，其输出性能依然可以保持稳定。此外，在连续地极寒极热交替循环后，TBT仍然可以正常运行。

  基于玄武岩纺织品优异的热稳定性、复合材料界面的极化作用以及摩擦层材料的低表面功函，与一般的微纳能源器件相比，TBT的最佳工作温度为100 °C，此时其输出功率达到740.6 mW·m -2，是常温下的2.3倍。在520 °C的火焰环境中TBT依然能够保持原始输出电压的30%；在移出火焰环境后，其结构并未遭到破坏，输出电压能够恢复到原始输出的55%。

  与许多能量收集和储能设备在寒冷环境中液体电解质不耐低温不同，TBT基于全固态成分和良好的热性能，不受极端低温环境的影响。将TBT置于冰块、冰箱和液氮中进行实验时，发现其在极端低温环境下仍能正常工作，且浸没在液氮中时输出性能始终稳定。上述结果表明TBT具备在极端环境中能量收集的能力。

  从玄武岩纺织品出发，研究人员设计了一种玄武岩服装，并将其与极端温度报警系统相结合。当穿戴者主动拍打玄武岩服装时，连接在系统上的蜂鸣器将依据拍打频率发出警报。该系统在火场和液氮环境中均能稳定有效工作，具有很高的实用性和可靠性。此外，利用机器学习，TBT可以在极端条件下精准监测环境温度。

  总结：本工作采用模拟月壤制备仿月壤玄武岩纤维以及静电纺丝制备PI/NN-ST非织造布，进而构筑了一种能够在超宽温度范围内高效运行的摩擦电玄武岩纺织品（TBT）。通过对TBT在-196 °C至520 °C的温度范围内进行性能测试，证明其能够在极端高低温环境中高效收集能量。同时，开发了集成TBT的可穿戴极端温度报警系统，穿戴者可实时传递报警信号。本工作成功地实现了在极端高低温条件下的高效能量收集，进一步拓宽了微纳能源设备的工作温度范围。

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