纤维素基摩擦纳米发电机研究进展

王斌斌，李海龙，魏 雨，高 萌，张正健

（天津科技大学轻工科学与工程学院，天津 300457）

由于环境污染的不断增加和全球能源的不断消耗，可再生、可持续和环保的能源得到了广泛关注，随着对电力需求的迅速增加，各种可再生能源，如风能、太阳能、热能和机械能，已被用来发电和减少使用传统能源造成的环境污染。在这些可再生能源中，机械能是一种在日常生活中很容易获得的丰富资源。2012年，王中林课题组创新性地制备出了一种基于摩擦起电和静电感应耦合[1]的柔性透明摩擦纳米发电机（triboelectric nanogenerator，TENG）[1]，该器件由两种不同的电极性聚合物和金属电极组成，在接触和分离的过程中导致聚合物膜表面接触起电，由于静电感应在背电极上产生异电荷，此时在外电路产生电荷的定向移动，从而产生电流，实现电能的稳定输出。这是一种基于新原理和新方法的新型发电机，在能量收集方面开辟了新的研究领域[2]。至今，基于摩擦电、压电和静电感应的纳米发电机均已被提出，可以用于构建自供电系统，将各种机械能转换为电能，包括人体运动[3]、风能[4]、雨滴动能[5]和蓝色能源[6]等。TENG的摩擦纳米发电材料通常具有电极性，最常用的正极材料是金属，然而金属材料在恶劣环境中容易被氧化或腐蚀[7]，这将影响到TENG的稳定性。大多数材料都是不可生物降解的，所以在使用结束后可能造成资源浪费或者环境污染。在这个背景下，开发绿色的摩擦纳米发电材料逐渐引起了人们的注意。

纤维素作为一种重要的生物可降解性和可再生性的生物质能源，广泛存在于树木、竹子、大麻、棉花、农作物和海藻等植物中，也可以从细菌中获得[8]，是一种天然的生物高分子聚合物。纤维素是由β-(1，4)-糖苷键连接的线性葡萄糖环组成，每个环包含3个活性羟基，并有大量的羟基活性基团，能在聚合链之间形成分子间和分子内键，进而组成强大的氢键网络。2016年，YAO等[9]通过TEMPO氧化和高压均质法制备了纤维素纳米纤维（CNF）水凝胶，进而真空抽滤，干燥后制备了透明的纤维素纳米纤维薄膜，并将其与氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）薄膜组装成TENG。基于CNF的TENG进一步集成在一个用回收纸板纤维制成的纤维板中，当受到踩踏时可产生30 V和90 A的电输出。这是首次将可再生的、可生物降解的纳米纤维素应用到TENG中，不仅为CNF作为TENG的正极材料提供了理论性支撑，更展现出CNF在新型环保型机械能收集系统TENG中的巨大潜力。然而，纤维素的供电子倾向相对较弱，在摩擦发电所用的材料[10]中处于中等位置，纤维素本身的弱极化限制了其产生表面电荷的能力，要低于合成聚合物，这使得基于纤维素的TENG很难获得较高的电输出性能。为了获得高性能的纤维素基材料，对纤维素进行化学改性或者物理掺杂是非常有效的方式。

1 摩擦纳米发电机的4种工作模式及工作原理

一般认为，当两种不同的材料接触时，在其表面会形成一个化学键电荷以平衡它们的电化学势。转移的电荷可以是电子，也可以是离子/分子。当两种材料分离时，一些键合原子有保留额外电子的倾向；有些倾向于释放它们，可能在表面产生摩擦电荷。介电材料表面上摩擦电荷的存在可以是驱动电极中电子流动的驱动力，以平衡所产生的电势下降。基于这一原理，研究了4种不同工作模式下的TENG[11]。

垂直接触-分离模式如图1(a)所示。在堆叠结构的顶部和底部表面分别涂覆电极。两个不同的介电膜面之间的物理接触产生了相反的带电表面。两个表面在外力作用下被分开一个小间隙，就会产生潜在的电势下降。如果两个电极由负载电连接，一个电极中的自由电子会流向另一个电极，形成相反的电位，以平衡静电场。一旦间隙关闭，产生的摩擦电荷就会消失，电子就会回流以平衡两电极间的电势差，这种两个摩擦极板在垂直方向上接触和分离的TENG，就是垂直接触-分离模式的TENG。不断接触分离的过程会引起外电路电荷的定向移动，产生交流电输出。

横向滑动模式（图1（b））中当两个介电膜接触时，平行于表面的相对滑动[12]也会在两个表面上产生摩擦电荷。因此，沿着滑动方向引入横向偏振，从而驱动电子在顶部和底部的电极上流动，以完全平衡摩擦电荷产生的电场。一个周期性的滑动分开和关闭产生了一个交流输出。滑动可以是平面运动、圆柱形旋转或圆盘旋转[13]。前两种模式具有两个由负载相互连接的电极，这样的TENG可以自由移动。

在某些情况下，作为TENG一部分的物体不能与负载电极连接，因为它是一个可移动的物体，比如一个人在地板上行走。为了从这种情况下获取能量，便引入了一个单电极TENG[14]，其中TENG底部的电极被接地，这种模式称为单电极模式（图1（c））。如果TENG的大小有限，则顶部物体从底部接近或离开将改变局部电场分布，从而在底部电极与地面之间存在电子交换，以维持电极的电位变化。这种能量收集策略可以同时处于接触分离模式和接触滑动模式下。

独立层模式（图1（d））为在同一介电材料的背面分别镀上两块等大且不相连的对称电极。如使用某一带电物体在两个电极之间做往复运动，此时由于静电感应会在两个背电极之间不断地产生电势差变化，驱动背电极上的自由电子通过外接负载在两个电极之间来回流动，以平衡电势差的变化。在该工作模式[15]下，这个运动的带电物体不一定需要和介电层发生直接接触。在旋转模式下，不需要直接机械接触便于实现自由旋转，从而可以大幅减少表面的磨损。这是一种延长TENG耐久性的好方法。

图1 摩擦纳米发电机的4种基本模式[11]

2 纤维素基TENG的性能优化方案

根据TENG的工作原理，表面形态和摩擦纳米发电材料将根本上决定TENG的输出性能。在表面形态方面，可通过如微米模式、微/纳米双尺度模式和纳米图案增加摩擦纳米发电材料之间的接触面积，进而在一定程度上提高了输出性能；通过化学处理引入表面基团，提高CNF得失电子的能力，从而可以提高材料的摩擦发电性能，将功能化的CNF应用到TENG上，可以获得更高的能效，同时，化学键合也大大提高了摩擦层材料的耐久性；除了进行化学改性之外，物理掺杂也是改变材料本身特性的一个重要方式，主要是将具有高摩擦因数的材料与另一种材料本身进行组合形成复合材料，以达到增强本体材料对于电荷捕捉能力的目的。

2.1 表面形态优化

摩擦纳米发电材料的表面形态在改善电荷积累和产生方面发挥关键作用，能进一步提高TENG的电输出性能。表面形态的建立分为两类：表面微图案化的构建和多孔结构的构造。

2.1.1 表面微图案化

通过在摩擦层中引入纳米/微结构来增加表面积是提高TENG输出性能的一种很有前途的策略。具有纳米/微结构图案摩擦层的粗糙表面显著提高了TENG获取机械能的效率。QIAN等[16]用纳米纤维素作为原材料，直接打印出了具有3D结构的全印刷摩擦纳米发电机(AP-TENG)，印刷的三维图形和冷冻干燥后的气凝胶结构可以显著提高结构的有效利用率，有助于提高器件的接触面积、表面粗糙度和机械弹性，从而改善摩擦发电响应。与传统的模板方法相比，电压输出提高了接近175%。接触角定义了CNF和PDMS摩擦层的印刷丝轴方向之间的角度差，接触角为0°的AP-TENG的输出性能优于接触角为45°和90°的AP-TENG，可以作为自供电传感器用于监测手指和腿部的运动。此外,可生物降解的亲水性纤维素与3D分级多孔结构气凝胶的结合使得AP-TENG有利于吸水，从而可用作响应比高达5:1的高灵敏度湿度传感器。这项研究为3D结构高性能TENG的制备提供了全新的思路。CHEN等[17]利用环保的皱纹纤维素纸（CCP）和硝酸纤维素膜（NCM）制备出了高性能的摩擦纳米发电机（P-TENG）。由于纤维素纸和硝化纤维素膜之间摩擦极性存在显著差异，而且基于CCP的波纹结构和NCM的多孔结构可以形成不同的微观结构，使得基于CCP/NCM的P-TENG表现出了优异的摩擦发电性能，输出电压和电流分别为196.8 V和31.5μA。在负载电阻为106Ω时，仍表现出16.1 W/m2的高功率密度。此外，P-TENG还具有良好的耐用性和稳定性，即使在在10 000个往复循环后，其输出性能仍没有显著变化。ZHANG等[18]将CNF和聚醚酰亚胺（PEI）通过戊二醛交联，又通过多元醇法制备均匀尺寸的Ag纳米颗粒，并将其均匀地涂覆在CNF-PEI膜的表面上，不仅可以获得更高的摩擦正电荷，还得到了纳米级的表面，进而大大提高了TENG的摩擦发电输出。除此之外，其还通过制备CNF-PEI-Ag和FEP的三维齿状结构，以增加TENG工作的接触面积，灵活地从不同角度收集机械能。当添加一对齿轮状结构时,这种独特的TENG还具有更高的灵敏度和响应能力，可作为自动供电的传感器用于检测人触摸状态下轻微的力变化。

2.1.2 多孔结构

气凝胶的多孔结构不仅具有粗糙的表面，而且还提供了巨大的内表面积,这有利于产生额外的电荷。SONTYANA等[19]提出了一种高性能耐湿纤维素柔性摩擦纳米发电机（FTENG）装置。其将从棉花中提取的纤维素与聚乙烯醇溶液结合，并喷涂到导电柔性基板上，以形成用于制造FTENG的高多孔摩擦材料薄膜（HPF）。通过改变HPF的表面积，系统研究了摩擦发电性能对表面积的依赖性。采用喷涂的HPF作为正极、聚四氟乙烯作为负极摩擦材料，制造得到所提出的HPF-FTENG器件。所得到的HPF-FTENG质量轻、柔软、制备成本低，并且能够承受潮湿的环境。因此，该装置不仅可以用于清除周围环境中的各种机械干扰，还可以用于在水下和恶劣环境条件下获取机械能。HPF-FTENG装置在压力为3.5 N和频率为5 Hz条件下的输出电压、电流和功率密度值分别可以达到300 V、30μA和15 W/m2，在经10 800次压缩循环后的输出电压仍然能保持稳定。结果表明，通过喷涂工艺开发高多孔纤维素摩擦纳米发电机可以提高TENG的表面接触面积和输出性能。

BAI等[20]给出了一种通过柔性干铸方法设计的具有强电荷积累能力的多孔纳米复合织物（PNF），并将其作为正极摩擦材料,采用低温硫化（LTV）硅胶作为负极摩擦材料，制造了可穿戴摩擦纳米发电机。多孔纳米复合材料是通过将纳米Al2O3填充物加入醋酸纤维素网络而开发的。通过调整铸造溶液的浓度和纳米Al2O3填充物的含量，系统地设计了PNF的物理特性，从而获得了较大的摩擦电荷产率。当10%的醋酸纤维素（CA）和10%的Al2O3被引入PNF中，输出电压和功率密度分别可以达到448 V和2.5 mW/cm2，而纯CA的输出电压和输出电流分别为368 V和37.1μA，输出性能的提高可以看作是由复合材料中适当的孔隙含量和均匀分布的Al2O3纳米颗粒之间的协同效应引起的。一方面，正摩擦电荷不仅在PNF的顶表面产生，而且在内孔表面产生，这将导致装置释放后形成更大的电位差。另一方面，由于PNF的内孔变形，顶部与底部电极之间的距离可以减小。相比于纯CA，加入Al2O3纳米颗粒的醋酸纤维素网络，其表面疏水性也有所提高，接触角从71.3°增加至88.1°，这就意味着PNF对大气中的水分子不敏感，有利于减少PNF表面的摩擦电荷损失，提高该装置的环境适应性。更重要的是，由于加入了Al2O3填充物，PNF的介电常数增大，因此，该PNF-TENG的总电容将被扩大，这有助于提高该设备的电气性能。

ZHENG等[21]报道了由一对高多孔聚合物气凝胶薄膜组成的TENG，其采用高多孔纤维素纳米纤维（CNF）和壳聚糖（CTS）气凝胶为正极摩擦材料，采用常用的多孔聚二甲基硅氧烷（PDMS）为负极摩擦材料，用于组装CNF/PDMS和CTS/PDMS的TENG器件。在相同的机械应力下，与非多孔的致密膜TENG相比，CNF/PDMS和CTS/PDMS组装的TENG的功率分别增强了8倍和11倍。为了研究气凝胶孔隙度对TENG摩擦发电性能的影响，分别利用多孔CNF和CTS气凝胶配对多孔聚酰亚胺气凝胶（PI），结果表明输出性能随着孔隙度的增加显著提高。CTS/PDMS产生的输出高于CNF/PDMS，这可以归因于CTS的葡萄糖胺单元上存在的氨基。首先，氨基是优秀的电子供体，使得CTS具有更高的摩擦极性，从而可以获得更高的功率输出。另外，利用简单的热化学气相沉积工艺，通过硅烷化（氨基硅烷）将具有优异给电子功能的氨基引入CNF气凝胶，从而增加了CNF的正极性。氨基硅烷功能化的多孔CNF气凝胶薄膜相对于多孔CNF气凝胶薄膜而言，其与PDMS组装所得TENG的性能提高了3倍。

2.2 表面化学改性

由于在纤维素分子每个葡萄糖单元中存在3个羟基，具有一定的化学反应活性，因此利用CNF表面丰富的羟基引入强亲电子或斥电子的官能团是一种很好的提高TENG输出性能的方式。纤维素功能化可以被分为引入得电子功能基团和引入失电子功能基团。

2.2.1 引入得电子功能基团

硝基可以增加材料的相对摩擦极性。YAO等[22]以纳米纤维素（CNF）为原料，制备了一种高性能摩擦纳米发电机。其采用化学反应方法将硝基和甲基附着到纤维素分子上，以改变CNF的极性，从而显著提高摩擦电输出。摩擦材料的表面电荷密度是决定TENG器件输出性能的一个关键因素，将Ga-In共晶液体金属用作一种摩擦纳米发电材料，通过将薄膜与Ga-In共晶液体金属接触和分离，测量CNF薄膜与液态金属电极之间的电荷转移。在电荷转移过程中测得硝基CNF的表面电荷密度为85.8μC/m2，而甲基CNF的表面电荷密度为-62.5μC/m2，FEP薄膜的表面电荷密度为120.9μC/m2，FEP薄膜在这里被用作评估基于CNF的薄膜的正负属性和电输出性能的基准。测得硝基CNF和甲基CNF的表面电荷密度值分别为基准材料FEP的71%和52%，而原始CNF只能达到FEP的11%。当在TENG中硝基CNF与甲基CNF配对时，输出被进一步提高到非常接近于FEP/CNF配对时的输出值。这项研究对于TENG的材料选择具有明显的意义。

LI等[23]制备的混合纳米发电机HTPENG由垂直堆叠的两层组成，顶层是由镍电极封装的BC（BTO/MWCNT）压电纸构成的PENG，底层是引入硝基基团的CNF摩擦电纸与镍电极组成的TENG。其中纳米纤维素CNF用HNO3和H2SO4的混合溶液处理后，引入—NO3基团以增加其电负性。制备的混合纳米发电机的开路电压为37 V，短路电流密度为1.23 A/cm2，其输出性能可与FEP-Ni相媲美。该方法为纤维素基复合纳米发电机的设计和应用提供了新的思路。

除此之外，硫、MXenes等都有强大的得电子能力，在TENG的负极材料改性中都发挥了重要的作用。HE等[14]首次制备了具有增强输出功率的PDMS/MXene复合膜，并将其用于单电极的TENG，该装置被用于检测人体运动（手指敲打、手拍和手锤击）的生物机械传感器，从而展示了其在可穿戴自动力传感系统中的潜力，可将此方法应用到TENG正极材料的纳米纤维素改性研究中。

2.2.2 引入失电子功能基团

氨基基团很容易失去电子，将氨基引入到CNF中，有利于电子的损失，从而增加了电荷转移量，可以明显提升TENG的性能。聚乙烯亚胺（PEI）富含氨基，用PEI对纤维素纳米纤维进行表面改性可以通过氢键与CNF表面的羧基相互作用[24]，从而降低了纤维间的氢键密度，减少了纤维的团聚。MI等[25]通过简单的酰胺化过程用PEI改性CNF得到具有更好机械性能的CNF/PEI气凝胶，与静电纺丝制备的PVDF纤维垫组装成的TENG，具有更好的机械性能、更高的摩擦极性，显著提高了TENG的摩擦电输出。当CNF/PEI气凝胶和4层PVDF纳米纤维垫组装成TENG时，相比于由1层PVDF纳米纤维垫和原始CNF气凝胶制成的TENG，输出电压和功率密度分别提高了18.3倍和97.6倍。此外，这种独特的TENG还显示出作为自供电传感器的高灵敏度，不仅能够检测人的运动，如手臂弯曲或脚踩，而且在检测手指敲击、水滴运动甚至它所附着基底的振动等轻作用力时仍表现出高灵敏度。氨基也可以作为有效的固化剂与环氧树脂发生反应，从而增加界面交联密度并增强界面黏合度。ZHAO等[26]将PEI接枝到CNF上，制备了CNFs-PEI/Epoxy纳米复合材料。与纯环氧树脂相比，纳米复合材料的力学性能大大提高。此外，CNFs-PEI还显著降低了环氧树脂纳米复合材料的热膨胀系数（CTE），提高了其热导率，扩大了纳米复合材料的应用范围，特别是在电子器件上的应用。BAI等[27]提出了多孔醋酸纤维素（CA）-聚乙烯亚胺(PEI)生物复合材料（CP），并将其作为摩擦发电正极材料，结合柔性低温硫化硅橡胶（LTV）作为负极材料，开发了高输出的CP/LTV-TENG。相应CP/LTV-TENG在施加力为16 N、频率为1.5 Hz的条件下，其开路电压可达到478 V，短路电流密度为6.3μA/cm2，功率密度为2.21 mW/cm2，远高于基于CA膜的CA/LTV-TENG,揭示了生物复合材料表面供电子能力和内多孔结构的协同效应是实现高发电性能的主要原因。

将氨基基团引入到纤维素纳米纤维中后，通过改变TENG摩擦层材料的表面结构可以进一步提升TENG的性能。SHEN[28]等将醋酸纤维素（CA）和聚氨酯（PU）在相对湿度为45%、电压为25 kV的条件下通过静电纺丝得到混合纳米纤维膜，由于通过PU引入氨基基团，增加了摩擦材料的给电子能力。另外，试验中选择聚丙烯酰胺（PAM）分子作为化学表面修饰剂，以提高材料的表面疏水性，消除水蒸气对TENG输出的负面影响，从而构建了抗湿型的HR-TENG。

此外，ROY等[29]采用大蒜素改性纳米纤维素，为合成高潜力生物基摩擦纳米发电材料提供了新的思路。通过“硫醇-烯”化学反应合成了大蒜素接枝的Alc-S-CNF，以增强CNF的摩擦发电性能，并制备了可再生的高性能纤维素基TENG。用大蒜素改性后，CNF薄膜的机械性能和热稳定性明显提升。输出电压和电流峰值分别达到7.9 V和5.13μA，比基于原始纤维素的TENG提升了6.5倍。这是由于亚砜基团的较高偶极性质和大蒜素中二硫键的良好极化性，从而提高了表面电势。同时，S—O键的相互作用具有显著的偶极特性，负电荷集中在氧原子上。因此，改性膜具有更高的表面极性、失电子能力和表面粗糙度。此外，用大蒜素接枝的TENG表现出出色的抗湿性、循环和环境稳定性，能够用来点亮35个LED。ZHANG等[30]提出了一种合成纤维素基气凝胶的新方法，纤维素II气凝胶在绿色无机熔盐水合物溶剂（LiBr·3H2O）中通过溶解-再生工艺制备，天然纤维素（纤维素I）转化为再生纤维素（纤维素II），由于这种制造过程的独特凝胶机制，纤维素II气凝胶具有大量由溶-再生过程产生的中孔，因此具有更大的表面积。此外，还分别制备了含有壳聚糖和海藻酸的复合纤维素II气凝胶，与原始纤维素II气凝胶装置相比，引入的失电子和得电子基团进一步提高了相应TENG的性能，通过用手指敲打基于壳聚糖-纤维素II气凝胶的TENG，该装置能够照亮串联连接的60个绿色LED和图案“AG”字母形LED。NIE[31]等通过采用一种简单而环保的方法修饰CNF膜，在纤维素纳米纤维（CNF）上实现了优异的摩擦电荷密度和疏水性。其将3-（2-氨基乙胺）-丙基二甲氧基甲基硅烷（AEAPDMS）接枝到CNF上，以乙酸乙烯酯（EVA）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为垫片和包装材料，制备了氨基硅烷改性CNF的TENG。TENG表现出了高性能和防潮性，可以对包括按压、拉伸、弯曲和扭转等人体运动有反应，具有突出的灵活性。同时，它还可以用于监测人在排汗环境中的运动状态。这项工作有望为基于CNF的功能性TENG在自主动力可穿戴电子设备中的应用提供更多的可能性。

2.3 物理改性

除了进行化学改性之外，物理掺杂[32]也是改变材料本身的一个重要方式，主要将具有高摩擦因数的材料与另外一种材料组合形成复合材料，以达到增强电荷捕捉能力的目的。

CUI等[33]将少层磷烯通过乙醇中的液相去角质剥离，作为添加剂与TEMPO氧化纤维素纳米纤维（CNF）混合，形成透明、灵活的纳米发电机用混合纸。将此混合纸作为正极摩擦层、AU作为负极摩擦层构造摩擦纳米发电机，随着混合纸中磷烯含量的增加，通过超薄磷烯薄片的简单而有效的物理混合，由于磷烯具有高载流子迁移率和优秀的半导体性能，TENG的整体输出性能得到提高，实现了5.2 V的开路电压，相应的电流密度为1.8μA/cm2。该设备的功率密度比最初基于CNF的TENG高出46倍。OH等[34]制备了含AgNWs和BaTiO3纳米颗粒的高导电铁电细菌纤维素复合纸，由于AgNWs的渗透网络表现出了很高的导电率，因此其不仅可以作为正极摩擦材料，而且可以作为底部电极材料，并且不需要集成额外的电极。所加入BaTiO3无机纳米颗粒的铁电特性促进了纸张表面和负摩擦电层之间的电荷转移，从而BC-TENG能够实现增强的摩擦发电输出，在5 N的压力下，BC-TENG的输出电压和电流分别达到170 V和9.8μA，优化输出功率密度为180μW/cm2。SUN等[35]利用纤维素和离子液体的溶解和再生特性，获得再生纤维素膜作为摩擦层，在此基础上，加入了具有不同电负性的PA6/PVDF、具有高介电常数和低介电损耗的BaTiO3进行性能优化，并和PTFE进行TENG的组装，相比于纯纤维素膜的开路电压7.925 V和短路电流1.095μA，加入BaTiO3优化后的TENG开路电压和短路电流分别提高了254.43%（20.155 V）和548.04%（6.001μA）。Mi等[36]首次提出了一类基于CNF/硅纤维（SF）、CNF/人毛发（HH）和CNF/兔毛（RF）复合气凝胶的新型低成本、具有生物相容性、灵活、高性能的多孔复合PC-TENG。SF是由二氧化硅组成的，具有高度的失电子倾向。HH表面和RF表面有相似的化学成分。HH和RF中的氨基和硫醇基团是生物活性基团，具有很强的供电子属性，这使得基于CNF/RF复合气凝胶的TENG表现出最好的摩擦发电输出性能，输出电压和电流分别为110.0 V和11.3μA。在30 kPa的低压缩压力、4.7 MΩ负载下的功率密度为3.4 W/m2。

3 结束语

综上所述，基于纤维素复合材料的摩擦纳米发电机的输出性能已有很大提高。尽管此领域已经取得了很多成果，但是基于纤维素的TENG性能提高仍然存在较大空间，有很多工作需要进一步探索：

（1）纤维素的极性较弱，虽然目前已经做了很多工作提高纤维素极性，比如化学改性，但是仍有很多工作需要做。在未来的研究中，一方面可以利用纤维素的特性和内部孔隙的大小，对纤维素进行调控；另一方面，可以依靠纤维素材料的化学易修饰性，通过引入合适的基团如氨基或者硝基，使纤维素具有强烈的得电子或失电子能力，更大程度上得到高电荷密度。

（2）纤维素的脆性较大，限制了它的适用范围。未来可以从纤维素的力学性能方面入手，引入一些二维材料以提高纤维素的弹性性能，使得基于纤维素的TENG可以适应复杂的环境。

（3）纤维素含有大量羟基，具有亲水性，在潮湿环境下应考虑其适用性。引入大分子链或者接枝一些疏水性基团等对纤维素在湿润环境下的应用具有重大意义。