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近年来，由于电子皮肤的伸缩性、灵活性和智能性，以及可以与各种感官设备和许多可穿戴电子系统耦合，电子皮肤技术受到广泛关注。因此，一系列多功能的皮肤智能系统，包括生理系统测试、汗液分析、医疗监测等、都可以基于这种技术实现。可穿戴摩擦纳米发电机（TENGs）和相关的皮肤纳米系统感应设备因其潜在的应用而备受关注，如电子皮和便携式能量包。但是，大多数这些TENG装置仍然使用胶带粘附在人体皮肤上，这可能是引起许多副作用，如炎症、过敏和不适症状。因此，开发一种可以直接将TENG粘在人体皮肤上的粘合方法是非常必要的。
在这项工作中，研究人员通过使用混合电纺聚乙烯醇和聚偏二氟乙烯纳米纤维获得混合纳米纤维膜(NM)。通过可溶性PVA纳米纤维在人体皮肤上少量水分中溶解，在皮肤上产生一定的粘性，混合NM可以直接附着在皮肤上，在很长一段时间内不会发现任何不舒服的症状或过敏现象。基于该NM的TENG设备不仅可以实现良好的输出性能，还具有无炎症和高透气性的特点。混合的NM具有优异的空气渗透性（Gurley值= 1.4s/300mL-3.3s/300ml）。这种基于NM的TENG亲肤粘合方法在可穿戴/便携式感应设备、电子皮肤领域的应用、人造肌肉、柔性机器人等具有广泛的应用前景。相关研究以“Inflammation-free and gas-permeable on-skintriboelectric nanogenerator using soluble nanofibers”为题目发表于国际著名期刊Nano Energy上。
图1. 基于NM的TENG设备的制造和工作原理。 (a)制作TENG设备的过程。 (b)弯曲的装置的示意图。 (c)用喷枪在人体皮肤上喷洒少量自来水准备混合NM。
图2. NM的TENG的电晕充电和工作机制。 (a)电晕充电原理示意图。 (b)极化电压和时间之间的关系，极化距离为1厘米。 (c)NM的TENG设备的工作机制。
图3. 电纺丝表征和参数测试。(a)混合电纺技术的工作机理。(b)三种不同的喷射速度下喷涂时没有和微少水量SEM图像。(C)皮肤上不同的混合NM和聚酰亚胺胶带可承受最大的粘合力。(d)混合NM的三种不同喷射速度与皮肤湿度的关系曲线。
图4.基于NM的TENG的电输出性能。 Voc（a）和Isc（b）通过基于NM的TENG装置测量，而极化的FEP薄膜和PVA1.0-PVDF0.6 NM用作基于NM的TENG装置的两个摩擦层。(c)电压和电阻密度的曲线图。 测量Voc（d）和Isc（e），同时测量极化FEP薄膜和PVA0.6-PVDF1.0 NM作为两个摩擦层装置。(f)电阻上的电压和电流密度曲线图。 测量Voc（g）和Isc（h）极化的FEP薄膜和PVA0.6-PVDF0.6NM用作两个摩擦层滕。(i)电压和电阻密度曲线图。
图5.基于NM的TENG的应用。 (a)白天电致发光环纸照片，乳胶手套重复轻敲桌面(i)，其中(ii)显示(i)中图像的放大照片。(ⅲ)在黑暗中电致发光环纸的照片。(b)中指弯曲照亮三个商业LED灯条的照片，其中(i)在白天捕获，(ii)在黑暗中捕获。
因此，研究者成功设计了一种在少量水分的帮助下可以直接粘贴人体皮肤的混合NM。这种混合NM可以用来制造可穿戴的TENG装置来获得机械能，且期间不会对人体皮肤造成过敏症状或其他不适感。使用少量的水，PVA纳米纤维可以溶解并覆盖在PVDF纳米纤维的表面，这不仅可以提高基于NM的TENG设备的输出性能，还可保持NM的透气性。这种简单且亲肤的粘合方法可以用于将TENG装置附着在人体皮肤上。因此，基于NM的TENG装置是无炎症的、透气的，这种粘接方法可以应用于多种可穿戴电子产品设备或便携式能量收集技术。制造的纳米纤维膜可以应用于柔性/可穿戴电子设备中并且在不同领域具有广泛的潜在应用。
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