摩擦纳米发电机用于人机运动能量采集与传感:结构、具身人工智能与自供电应用
摩擦纳米发电机(TENG)可将生物力学运动转化为电信号,为具身医疗中的人机交互提供自供电运动感知路径。该综述梳理了TENG在惯性振动、触觉、非接触、连续轨迹与关节旋转等多模态运动传感中的进展,分析了结构配置、传感方向、检测范围、灵敏度、分辨率、电输出与通道数对性能的影响。
摩擦纳米发电机(TENG)可将生物力学运动转化为电信号,为具身医疗中的人机交互提供自供电运动感知路径。该综述梳理了TENG在惯性振动、触觉、非接触、连续轨迹与关节旋转等多模态运动传感中的进展,分析了结构配置、传感方向、检测范围、灵敏度、分辨率、电输出与通道数对性能的影响。
该综述从耦合设计视角系统评估了硅负极工程、电解质兼容性优化与界面稳定化策略,重点分析了硅/电解质界面的化学-机械耦合降解。通过将不同硅架构与特定电解质体系进行系统兼容性映射,揭示了最有前景的材料组合及其设计原则,并讨论了堆叠压力管理、可规模化加工与预锂化等制造挑战。
这篇综述提出以“状态”为中心的框架,把 OMIEC 的电化学操作视为多维、依赖历史的状态轨迹的写入、观测、重构与设计。作者引入问题特异的最小充分状态基以区分本质与冗余坐标,并将光学、电学、离子特异性、重量、结构、力学与时间读出视为选择性投影,其互补性决定状态可观测性与隐藏态重构。
以1-吡喃硼酸(PyBA)作为分子导向剂调控Gd@C82在宽带隙钙钛矿/C60界面的吸附构型,硼酸基团锚定钙钛矿表面并钝化欠配位Pb相关缺陷,芘骨架与Gd@C82笼体结合稳定有利构型。优化后宽带隙电池效率达20.23%,全钙钛矿叠层器件效率28.44%;改性宽带隙器件在最大功率点跟踪1451 h和湿热1563 h后仍保持初始效率90%以上,叠层器件运行531 h后保持80%以上。
研究以 Mn 基普鲁士蓝类似物为对象,用机器学习原子间势结合同步辐射 EXAFS 解析高熵材料中 J-T 畸变被抑制的微观机制。EXAFS 谱未出现典型的 J-T Mn–N 键长分裂,而是更宽的 Mn–N 键长分布;计算显示 [MnN6] 八面体沿 x、y、z 轴的畸变随机取向,在宏观尺度上相互抵消。
推荐理由:用机器学习原子间势结合 EXAFS 解释高熵普鲁士蓝中 J-T 畸变如何在宏观尺度相互抵消,方法可迁移到其他无序电极材料。
研究者在 SAM/钙钛矿埋底界面引入 3-(9H-咔唑-9-基)丙-1-铵碘化物(CzPA)作为分子桥,咔唑单元与 SAM 形成 π–π 相互作用以在极性溶剂中保持单分子层,末端铵基与含碘前驱体作用调控界面成核,碘离子则钝化埋底界面的碘空位。
推荐理由:原文给出分子桥 CzPA 在 SAM/钙钛矿埋底界面的作用机理与 1 cm² 叠层器件 33.4% 的效率数据,可供判断界面修饰路线的可行性。
这篇综述系统梳理了铁-铬液流电池(ICRFB)电极材料的研究进展,重点比较了机织与非织造纺织电极的特性与应用。文章归纳了调控表面化学、活性位点、电导率、孔结构与传质行为的多尺度改性策略,并总结了同步辐射方法与中子成像等先进表征技术在电极分析中的应用,为下一代液流电池电极设计提供依据。
高熵材料(HEMs)被提出作为低温钠离子电池的设计范式,利用构型无序作为可控变量重塑热力学与动力学、稳定脆弱骨架并拓宽Na⁺迁移路径分布。该综述分析了熵工程对正极、负极、电解质与界面的低温性能影响,并给出可跨研究比较的定量描述符与最低报告指标。文章还提出连接体相离子传导与溶剂化/去溶剂化及界面传输的熵–渗流统一框架。
综述系统梳理了水系电池非金属负极,将其分为转化型与嵌入型两类:转化型主要包括氢气、硫族化合物和有机化合物,嵌入型聚焦金属硫族化合物、普鲁士蓝类似物和聚阴离子化合物。文章重点讨论了这些材料的储能机制、优缺点及与载流子和正极的兼容性,并展望了高性能非金属负极的设计方向。
生物质 DNA 正从天然生物资源走向大规模工程材料,可转化为三维交联水凝胶基质,并进一步加工为可回收生物塑料以支撑碳中和。该综述以"生物质 DNA 树"为框架,还涵盖有机凝胶、纤维及超级电容器、电池和界面层等储能应用,并延伸至催化、软体机器人、OLED、医用贴片、神经形态器件和光电导体。
硅负极因高理论容量和低锂化电位适用于硫化物全固态电池,但循环中硅的结构重构与体积变化、深度锂化 LiₓSi 对硫化物的强还原作用,共同引发界面相生长、活性锂损失、颗粒断裂、界面脱粘与接触损失。
晶格限域的 Ru 单原子通过缩短 Co–O 与 Ru–O 键长形成稳固 Ru–O–Co 桥,抑制 Co 溶解并优化电子结构,使 RuLCA-Co3O4 在 10 mA cm–2 下过电位仅 260 mV。加速耐久测试后其 Co 溶解量比表面配位的 RuSCA-Co3O4 低近 9 倍,AEMWE 体系中稳定运行超过 1000 h,降解速率低至 88.1 μV h–1。
综述指出超级电容器的性能与稳定性在浮充、高频循环、快速充放电、宽温域和高压等非平衡工况下由离子传输受限、界面极化、电解质分解与结构应力演化等耦合动力学与热力学过程共同决定。文章归纳出传输失配、界面不稳定与热-机械耦合三类退化起源,并据此提出离子传输调控、界面化学调控、电解质优化与结构适应性四方面材料设计原则。
设计内对齐针电极摩擦纳米发电机(INE-TENG),从摩擦界面侧面与内部区域同时提取静电能量。协同工作比仅侧电极配置多向外部电路转移1.73 µC电荷;在2.0 GΩ负载下输出能量15.7 mJ,为内电极接地侧电极配置(3.91 mJ)的4.02倍,超过侧、内电极单独输出之和。基本结构单元实现每周期2.61 J m⁻²的高输出能量密度。
气凝胶凭借超低密度、超低热导率和优异热稳定性,其纳米多孔结构可满足锂离子电池热失控防护的核心要求。该综述梳理了锂离子电池热失控机理与近期热防护技术,对用于热失控抑制的气凝胶进行分类,总结研究进展与应用,并分析关键技术瓶颈与未来发展方向。
在二维共轭有机框架中,通过邻近工程精确调控双原子 Co 位点的 Co–Co 间距并保持局域配位环境,诱导位点间电子耦合,形成高自旋与低自旋 Co 构型共存。该催化剂半波电位达 0.96 V(vs. RHE),优于空间分离对照样与商业 Pt/C,并可同时高效介导 O₂ 与 H₂O₂ 还原、抑制过氧化物分解。用于可充电锌–空气电池与过氧化物辅助铝–空气电池时性能提升。
在 COK-47 系列中引入联苯二甲酸酯(biph)与联吡啶二甲酸酯(bipy)两种配体,365 nm 连续光照下 COK-47 biph 光催化活性最高,为 COK-47 bipy 的三倍;而 COK-47 bipy 的光充电容量提升八倍,经多光谱方法证实形成 Ti³⁺ 与还原态配体作为存储单元。
主客体工程通过在限定主体环境中选择性识别、配位、限域或再分配客体物种,为先进电池中离子缔合、溶剂化/去溶剂化、界面转移与反应中间体转化提供分子级调控手段。该综述覆盖液体电解质、固态与准固态电解质、电极–电解质界面及固–液转换正极,并跨场景定量比较分子级调控与电池性能的关联。有效调控需在客体调控效果与客体动态柔性之间取得平衡,而非单纯追求最大化结合或限域。
这篇综述梳理了压电材料如何通过机械或电化学激发构建动态内建电场,以调控离子迁移、界面电荷行为与反应动力学。在电极中,压电性可加速界面离子扩散、提升氧化还原动力学并抑制副反应;在负极侧,压电极化场作为额外驱动力调控离子通量、促进金属均匀沉积,从而缓解枝晶生长。在电解质与隔膜中,压电材料可提升离子电导率、稳定电极/电解质界面并均匀化离子分布,改善电化学稳定性与反应可逆性。
该综述提出水系锌离子电池(AZIBs)多功能水凝胶电解质的跨尺度设计框架,涵盖结构基础、多尺度调控策略与器件级应用。归纳了九类代表性调控策略,包括溶剂化调控、氢键重构、分级交联、有序传输通道、空间异质结构和动态双网络设计,并梳理了其在可穿戴电子、多功能集成器件及生理环境兼容生物电子中的应用。
研究提出一个统一标度框架,用有效发射型电荷转移(CT)能量表征宽禁带有机光伏(OPV)中展宽DOS内的发射型CT流形特征能量。自由载流子能量(E_CS)被证明是近阈值条件下维持光电流的稳健热力学边界,独立评估的CT能量学与辐射电压损失分析高度一致。给体分子刚性对应CT弛豫/展宽减弱及有效CT激子结合能低于0.1 eV,可在近最小能量偏移下实现高效光电流生成。
综述指出,高电压、快充、宽温域、高正极载量、贫电解液与薄锂等极端工况会加剧离子传输、界面反应及电解液与活性锂库存的耦合,导致传输极化、界面不稳定与不可逆材料损失。文章梳理了溶剂化与传输调控、分子与界面反应工程、聚合物/凝胶电解质及空间差异化电解质等策略的工作窗口与权衡,并提出以“应用工况–失效机制–关键描述符–电解质工程–实用验证”框架协调溶剂化、传输、界面反应与锂库存消耗。
该综述聚焦 Anderson 型多金属氧酸盐(Anderson POM)基共价有机框架(COF),这类材料将分子级氧化还原/催化位点与可及的孔环境结合,提升了稳定性与传质/电荷传输能力。文章讨论了原位合成、后合成修饰和静电组装三种构建策略,并梳理其在储能、催化、吸附与传感中的应用。最后评述了结构解析、稳定性、机理理解与规模化制备方面的关键挑战。
采用植酸(PA)两步温和刻蚀与多齿配位策略,构建了自支撑双金属金属有机框架预催化剂 PAx-NiCo-BDC,引入氧空位相关配位缺陷并调控前驱体形貌。