物联网与人工智能的快速发展对柔性电子设备的环境适应性提出了更高的要求。聚合物基摩擦纳米发电机(TENG)凭借其柔韧性和可加工性在微能量采集与主动式传感领域展现出巨大潜力。然而,柔性TENG在面向消防救援、航空航天、工业生产等高温场景时面临两大核心瓶颈:一方面,高温下的热电子发射效应导致摩擦层表面静电荷逃逸,造成输出性能急剧衰减;另一方面,聚合物基材、电极及粘接层的热稳定性不足,都会导致高温下器件变形、分层甚至失效。尽管学界已通过引入本征耐高温聚合物等策略尝试拓展TENG的工作温度范围,但高温下表面电荷密度提升和输出稳定性改善仍十分有限,这已成为制约柔性自供能电子在极端环境中实际部署的关键瓶颈。
针对上述挑战,研究团队将TENG的电荷产生与收集单元进行解耦与面向高温应用的“从头设计”:电荷产生层采用自主合成的含大体积Cardo侧基聚芳醚(CPAE),通过交替排列的强极性偶极与刚性芳香环结构,赋予材料优异的热稳定性(Tg=265 ℃)与高温电荷储存能力;电荷收集层则通过天然多酚咖啡酸与金属离子桥接的协同策略,实现MXene纳米片的层间调制与高温抗氧化性提升,并利用一体式集成规避传统界面粘接的高温失效风险。所得CPAE-FCM纳米复合薄膜在24小时高温退火后仍保持稳定的吸收主导型电磁干扰屏蔽,并展现出反常的热致增强摩擦电输出,250 ℃下开路电压472.2 V、功率密度2250.6 mW/m2刷新了耐高温TENG的输出纪录,可实现-20 ℃至250 ℃宽温域范围内的无线信号传输与人体生理监测。该工作为极端环境下的柔性自供能传感与抗电磁干扰器件提供了技术支撑。

Kang Yang, Chenchen Liu*, Jiang-Nan Zhao, Mei-Yan Pu, Rui Tang, Qiyan Fu, Junyao Yang, Xing Chen, Bo Yin*, Ming-Bo Yang, Wei Yang. Decoupling and De Novo Design of Flexible Polymeric Films for High-Temperature Triboelectric Sensing and Electromagnetic Shielding. Advanced Materials, 2026: e73667.
文章链接:https://doi.org/10.1002/adma.73667