随着万物互联和智慧生活时代的开启，服务于工业生产和便捷生活的定制化柔性电子技术得到了快速发展，人们对于可实现无线传输、在线控制、独立运作的可穿戴自供电设备的呼声越来越高。近年来，结构灵活性、续航时间、传感灵敏度和佩戴舒适度作为可穿戴电子设备性能评估的关键指标，正逐渐成为研究人员和产品用户们的关注焦点。摩擦纳米发电机（TENG）作为一种先进的分布式能量收集技术，在柔性电子和可穿戴设备领域具有广阔的开发潜力和研究价值。与常见聚合物材料制备而成的可穿戴电子设备相比，基于纤维素的自供电可穿戴电子设备在柔韧性、透气性、功能性和佩戴舒适度等方面具有显著优势。在此背景下，深入探讨纤维素自供电可穿戴电子设备的性能调控策略和材料设计策略具有深远意义。
近日，聂双喜教授团队在最新一期《Nano-Micro Letters》上发表了题为“Rational Design of Cellulosic Triboelectric Materials for Self-Powered Wearable Electronics”的综述文章。重点关注了纤维素基可穿戴电子产品在人体能量收集、触觉传感、健康监测、人机互联和智能火灾预警等领域的应用；系统讨论了表面功能化、界面结构设计、真空辅助自组装等材料设计方法，为定制设计纤维素基自供电可穿戴电子产品提供了新的视角。
图1 纤维素基自供电可穿戴电子产品
（一）纤维素摩擦电材料的界面特性
纳米纤维素先进材料的加工过程中，原始表面化学和界面相互作用会发生显著变化。材料的界面特性对于摩擦电材料的制备起着重要作用，影响着摩擦电材料的极化和击穿强度等方面的特性。不少人从界面设计的角度出发，增大界面面积、提高复合材料的介电常数，从而改善材料的摩擦电特性，起到增强电荷密度或调控电荷特性的效果。讨论自上而下、自下而上和复合材料的界面特性，对于纤维素功能材料（例如结构材料、薄膜、细丝、气凝胶和泡沫）的摩擦电性能增强具有重要意义，可以更好的在可穿戴领域发挥作用。
图2 纤维素摩擦电材料构筑过程的界面属性
（二）纤维素摩擦电材料的性能调制
纤维素摩擦电材料的性能调制对摩擦电输出的稳定性和性能增强具有重要影响。纤维素材料容易在与其他聚合物材料接触的过程中失去电子，从而呈现弱摩擦电正极性。讨论纤维素摩擦电材料的摩擦正极性、摩擦负极性和电荷密度等性能调制思路，可以进一步帮助制备具有高摩擦电性能和强稳定性的材料。
图3 纤维素摩擦电材料的电荷密度
（三）纤维素自供电可穿戴电子设备的设计策略
近年来，应用于自供电可穿戴传感器领域的纤维素摩擦电材料的种类逐渐增多，材料设计方法对应于材料的应用而言具有重要意义。总结了纤维素摩擦电材料的合理设计策略，包括表面功能化、界面结构控制、真空辅助自组装等。
图4 表面功能化设计策略
（四）纤维素自供电可穿戴电子设备的新兴应用
随着无线网络时代的发展，人们对实施可穿戴、便携式生物电子产品的应用需求不断增长。通过对纤维素摩擦电材料进行性能调制和策略调控，使其在人体能量收集、触觉传感、健康监测、人机互联和智能火灾预警等可穿戴电子产品领域有着广泛应用。
图5 用于触觉传感的自供电可穿戴电子设备
总结：纤维素摩擦电材料具有透气性好、柔韧性强、易于修饰改性等优势，使其在可穿戴传感领域有着良好的开发潜力。从纤维素摩擦电材料制备过程的界面特性、性能调控、设计策略优化等角度展开分析，对应用在人体能量收集、触觉传感、健康监测、人机互联和智能火灾预警等领域的先进材料开发贡献了一种切实可行的构筑思路，将促使可穿戴电子设备向功能化、便捷化和智能化发展。
原文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-023-01094-6
