Продвинутая композитная пленка MXene для ТЕНГ достигает превосходного электрического выхода

Аннотация

Выходная мощность трибоэлектрического наногенератора (ТЕНГ) сильно зависит от производительности трибоэлектрических материалов, особенно их микроструктуры и функциональных групп. В этой работе, направленной на отличную трибоэлектрическую способность, спроектированы и изготовлены ТЕНГ на базе чередующихся слоистых композитных пленок MXene с обильными фтористыми группами (-F) через слое-послойную наслаиваемость. Благодаря однородной внутренней микроструктуре и увеличенной диэлектрической проницаемости, когда количество наностратов Nb₂CTₓ увеличивается до 15 масс.%, ТЕНГ на базе композитных наностратов Nb₂CTₓ/Ti₃C₂Tₓ достигает максимального выхода. Плотность короткозамкнутого тока 8,06 мкА/см² и напряжение 34,63 В превышают в 8,4 и 3,5 раза соответственно значения для чистых пленок Ti₃C₂Tₓ, и в 3,3 и 4,3 раза — для коммерческих пленок поли(тетрафторетилена) (PTFE). Кроме того, изготовленный ТЕНГ может быть прикреплен к человеческому телу для сбора энергии от движений человека, таких как набор текста, отправка сообщений и хлопанье в ладоши. Результаты демонстрируют, что чередующиеся слоистые композитные наностраты MXene через слое-послойную наслаиваемость обладают замечательной трибоэлектрической производительностью, что расширяет выбор негативных трибоэлектрических материалов и обеспечивает новый выбор для высокоэффективных ТЕНГ.

Введение

По мере того как глобальная температура продолжает расти, разработка технологий сбора зеленой энергии становится срочной. ТЕНГ, основанный на эффекте связи контактного заряжения и электростатической индукции, считается мощной технологией, которая эффективно преобразует окружающую механическую энергию в электрическую. До сих пор различные типы ТЕНГ были широко изучены благодаря преимуществам легкого веса, простого производства, широкого выбора материалов и высокой эффективности преобразования энергии. Хотя теории и эксперименты подтвердили, что производительность ТЕНГ может быть улучшена оптимизацией трибоэлектрических материалов, все еще остается серьезной проблемой изготовление ТЕНГ с высокой выходной мощностью. Несколько предыдущих исследований показывают, что некоторые специальные функциональные группы (–F, –NH₂, –CH₃) могут влиять на способность трибоэлектрических материалов приобретать или терять электроны и тем самым эффективно модулировать контактную трибоэлектризацию ТЕНГ.

MXene, как новое семейство двухмерных (2D) наноматериалов, представляет собой новый тип слоистых карбидов или нитридов переходных металлов, которые могут быть синтезированы путем селективного травления «A» элементов из их предшественника MAX-фазы. Общая формула MXene — Mₙ₊₁XₙTₓ, где M, X и Tₓ представляют переходные металлы (такие как Sc, Ti, Zr, Hf, V и Nb), C или N (n = 1, 2 или 3) и различные поверхностные конечные группы (–F, –OH, =O) соответственно. –F группы обладают самой сильной электронопритягательной способностью, в то время как более высокая плотность –F группы приводит к более интенсивной плотности заряда. Увеличение наномасштабного межслойного расстояния между чередующимися слоистыми наностратами MXene эффективно увеличивает канал –F групп, что способствует более интенсивному потоку –F групп между наностратами композитной пленки. Поэтому MXene ожидаются как идеальные негативные трибоэлектрические материалы для ТЕНГ. Все электроспинные нановолокна на основе поли(виниловый спирт)/Ti₃C₂Tₓ гибкие ТЕНГ были сообщены, что включение Ti₃C₂Tₓ значительно улучшило диэлектрические свойства и, таким образом, улучшило трибоэлектрическую выходную производительность. В то же время Wang et al. представили нанокомпозиты полидиметилсилоксана с трехмерными взаимосвязанными Ti₃C₂Tₓ в качестве негативного трибоэлектрического материала, которые могли быть приготовлены методами универсальной фриозной сушки и вакуумной импреgnaции. Cao et al. сообщили о высокогнучем и высокопроизводительном водонепроницаемом ТЕНГ на основе нового тканевого нанокомпозита Ti₃C₂Tₓ/Ecoflex для универсального сбора энергии от различных движений человека.

Однако, как и многие другие 2D материалы, производительность MXene препятствует агрегация, что приводит к ограниченным наноканалам для –F групп. Для полного использования их электрохимических свойств сообщались Ti₃C₂Tₓ наностраты, содержащие пористую структуру и межслойные промежутки. Введение межслойных промежутков (таких как графен, полимер, оксид графена и наночастицы металлов-оксидов) в MXene также значительно улучшило выходную производительность ТЕНГ.

Здесь структура слоистой наслаиваемости принята для проектирования и фабурикации чередующихся слоистых композитных пленок MXene с обильными –F группами и однородной внутренней микроструктурой. Наностраты Nb₂CTₓ выбраны в качестве промежутка из-за их более высокой электроотрицательности по сравнению с углеродными наноматериалами, а Ti₃C₂Tₓ служит объемным материалом благодаря его высокой электроотрицательности. Подготовленные чередующиеся слоистые композитные наностраты MXene могут эффективно уменьшить само-наслаивание наностратов Ti₃C₂Tₓ и увеличить межслойное расстояние между наностратами Ti₃C₂Tₓ, что обеспечит более эффективные наноканалы для –F групп. Было найдено, что такие ТЕНГ на базе чередующихся слоистых композитных наностратов MXene (AM-TENG) достигают лучшей производительности при массовом соотношении 15% Nb₂CTₓ. Максимальные выходной ток и напряжение составляют 8,06 мкА/см² и 34,63 В соответственно, что в 8,4 и 3,5 раза превышает значения для чистых пленок Ti₃C₂Tₓ и в 4,1 и 4,2 раза — для коммерческих пленок PTFE. Кроме того, способность сбора энергии чередующимися слоистыми композитными пленками MXene на базе ТЕНГ демонстрируется через зарядку конденсатора. Эта работа демонстрирует новый тип трибоэлектрического материала для высокоэффективного сбора зеленой энергии.

Методы

Материалы

Все используемые химикаты не подвергались дополнительной очистке. Порошки Ti₃AlC₂ и Nb₂AlC приобретены у Shandong Xiyan new materials technology Co., Ltd. Изопропиламин предоставлен Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD.

Подготовка

Во-первых, 1,6 г LiF (Aladdin) растворялось в 20 мл раствора соляной кислоты (Sigma, 9 М). Затем 1,0 г Ti₃AlC₂ медленно добавлялось (в течение 10 мин) в вышеуказанную смесь при непрерывном перемешивании. После этого реакция продолжалась в течение одного дня при температуре 35 °C. В-третьих, приготовленная суспензия промывалась деионизированной водой несколько раз до достижения pH 6. Наконец, однородный раствор Ti₃C₂Tₓ ультразвуково обрабатывался в ледяной банне 1 ч и далее центрифугировался еще 1 ч при 3500 об/мин. Всего 1 г порошка Nb₂AlC добавлялся постепенно (в течение 5 мин) в 10 мл 50 масс.% фтористоводородного раствора. Затем раствор постоянно перемешивался в течение двух дней при 35 °C для травления Al-слоя из Nb₂AlC. После центрифугирования и повторного промывания деионизированной водой собранные осадки с pH выше 6 диспергировались в 10 мл раствора изопропиламина на один день при комнатной температуре для дальнейшей интеркаляции. После центрифугирования мокрый осадок диспергировался в 100 мл деионизированной воды. Наконец, после 1 ч центрифугирования на скорости вращения 3500 об/мин, получен однородный раствор Nb₂CTₓ.

Фабрикация ТЕНГ

ТЕНГ, работающий в режиме контакт-разделение, был изготовлен. Во-первых, кусок медной фольги приклеивался на акриловое пластину для формирования квадратного электрода размером 1 см × 1 см (длина × ширина). Затем 1 см × 1 см нилоновая пленка, прикрепленная к медной фольге, использовалась как трибоэлектрический слой. После этого противоположная контраparte с композитной чередующейся слоистой пленкой MXene как трибоэлектрическим слоем изготавливалась по тем же шагам. По сравнению с PTFE-ТЕНГ, единственная разница — использование чередующейся слоистой композитной пленки MXene вместо коммерческих пленок PTFE. Напряжение открытого контура, ток короткого замыкания и переносимый заряд чередующихся слоистых композитных наностратов MXene измерялись электрометром Keithley 6517B. Линейный мотор (Linmot E1100) применялся для обеспечения внешнего периодического триггера на частоте 2 Гц.

Характеристика материалов

Кристаллическая структура характеризовалась порошковым рентгеновским дифрактометром (XRD, Ultima IV, Japanese Science, 2θ диапазон от 5° до 60°) с Cu Kα излучением. Морфология наностратов подтверждалась с использованием сканирующего электронного микроскопа (SEM, Hitachi SU8010), и энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDS) маппинг выполнялся на том же приборе (IXRF SYSTEMS). Рамановские (LABRAM HR EVOLUTION) спектры получались через конфокальный Рамановский микроскоп с длиной волны возбуждения 532 нм и спектральной решеткой 1800 линий/мм. Спектры приобретались путем фокусировки лазера через 50× объектив. LCR-метр (Hioki, IM 3536) использовался для оценки диэлектрической постоянной наностратов.

Результаты и обсуждение

Рис. 1 показывает схематичную иллюстрацию пошагового процесса фабурикации чередующихся слоистых композитных наностратов MXene. Несколько слоев Ti₃C₂Tₓ MXene были приготовлены через травление предшественников Ti₃AlC₂ с использованием раствора HCl/LiF [33] и ультразвуковой обработки в ледяной банне (рис. 1 I). Согласно рис. 1 II, атомные слои Al травились HF из Nb₂AlC MAX-фазы [27, 34–36]. Раствор изопропиламина (I-PrA) интеркалировался между многослойными Nb₂CTₓ для увеличения межслойного расстояния, за чем следовало ручное встряхивание для деламинирования Nb₂CTₓ в малослойные наностраты [27]. В полученных наностратах Ti₃C₂Tₓ атомы титана были расположены в компактной структуре, атомы углерода заполняли октаэдрические интерстициальные позиции, а Tₓ (–F, –OH, =O) находились на поверхности внешнего Ti-слоя, формируя слоистую сэндвич-структуру. Аналогично, для Nb₂CTₓ атомы ниобия заполняли октаэдрические вершинные позиции, собирая слоистую ABAB структуру. Наблюдаемый Тиндалловский эффект рассеяния на рис. 1 отражает, что оба раствора Ti₃C₂Tₓ и Nb₂CTₓ имели отличную стабильность и дисперсность, что обещало однородность каждого слоя. Наконец, чередующиеся слоистые композитные наностраты MXene были построены через ABAB наслаиваемость при вакуумной фильтрации (Дополнительный файл 1: Рис. S1).

Характеристики чередующихся слоистых композитных наностратов MXene представлены на рис. 2. Через травление Al-атомной стратификации из Ti₃AlC₂ полученные малослойные Ti₃C₂Tₓ выражают типичную слоистую структуру, как и типичные MXene, как указано на рис. 2а. Как показано на рис. 2б–ф, массовые соотношения чередующихся слоистых композитных наностратов MXene 5%, 10%, 15%, 20% и 25% имеют рыхлую, многослойную структуру. Более того, когда содержание Nb₂CTₓ увеличивается от 5 до 10 масс.%, наномасштабное межслойное расстояние между наностратами композитных пленок постепенно увеличивается. От 15 до 25 масс.% наномасштабное межслойное расстояние между наностратами в композитных пленках не имеет больших изменений. Таким образом, деламинированные наностраты Ti₃C₂Tₓ и чередующиеся слоистые наностраты MXene успешно приготовлены. Для объяснения однородной степени смешивания наностратов Nb₂CTₓ в чередующихся слоистых композитных наностратах MXene получены карты энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) поперечного сечения. Nb, Ti, O и F элементы детектируются по всей сканируемой области, как показано на рис. 2h (и Дополнительный файл 1: Рис. S2). Можно заметить, что Nb и Ti элементы имеют равномерное распределение в композитных пленках, показывая, что наностраты Ti₃C₂Tₓ и Nb₂CTₓ наслаиваются равномерно. Для дальнейшего анализа материальных фаз и изменения межслойного расстояния между наностратами Ti₃C₂Tₓ и Nb₂CTₓ проводились XRD измерения. Как подробно в Дополнительном файле 1: Рис. S4а, после селективного травления и деламинирования, изготовленная чистая Ti₃C₂Tₓ пленка представляет сильный (002) дифракционный пик при 7,15°, что согласуется с ранее опубликованными результатами. Как показано в Дополнительном файле 1: Рис. S4б, можно увидеть, что (002) дифракционный пик смещается с 12,86° для Nb₂AlC MAX до 7,05° для Nb₂CTₓ пленки из-за полного травления Al-атомных слоев. Результаты XPS отображены в Дополнительном файле 1: Рис. S3. Спектр F 1s чередующихся слоистых MXene на рис. S3б может быть деконволютирован на два пика при 684,72 и 686,45 эВ, представляющие Ti-F и Al-F соответственно. XRD результаты также перечислены на рис. 2j. Сравнение между чистой Ti₃C₂Tₓ пленкой и 5 масс.% чередующейся слоистой композитной наностратной пленкой MXene показывает, что интенсивность дифракционного пика (002) очевидно уменьшается, что указывает на введение наностратов Nb₂CTₓ. По мере увеличения содержания Nb₂CTₓ от 10 до 15 масс.% изменения в дифракционном угле постепенно уменьшаются, что означает, что межслойное расстояние чередующихся слоистых композитных наностратов MXene постепенно увеличивается из-за взаимодействия между наностратами Nb₂CTₓ и Ti₃C₂Tₓ. Однако при увеличении содержания Nb₂CTₓ от 20 до 25 масс.% дифракционный угол постепенно увеличивается с 0,6170 до 0,7536 нм (в Дополнительном файле 1: Таблица S1). Результаты раскрывают, что из-за введения избыточных наностратов Nb₂CTₓ, наностраты Nb₂CTₓ и Ti₃C₂Tₓ наслаиваются, и межслойное расстояние чередующихся слоистых композитных наностратов MXene уменьшается (с 0,7530 до 0,7371 нм). XRD результаты согласуются с SEM результатами. Для дальнейшего подтверждения состава чередующихся слоистых композитных наностратов MXene также выполнялся Рамановский анализ. Рис. 2к показывает Рамановские спектры Nb₂CTₓ, Ti₃C₂Tₓ и чередующихся слоистых композитных наностратов MXene с разным содержанием Nb₂CTₓ. Образцы иллюстрируют ожидаемые вибрационные моды для Ti₃C₂Tₓ (рис. 2к). Пики при 157, 254, 423 и 615 см⁻¹ приписываются E_g вибрационным модам внеплоскостных вибраций атомов Ti и C в чередующихся слоистых композитных пленках MXene. Пик при 197 см⁻¹ атрибутируется A_g вибрационным модам вноплоскостных Ti, C и атомов поверхностных функциональных групп. По сравнению с чистой Ti₃C₂Tₓ пленкой, интенсивность и полуширина E_g пика чередующихся слоистых композитных наностратов MXene изменились, указывая на то, что вноплоскостные Ti и C вибрации, поверхностные группы и межслойное расстояние все изменились, что может быть атрибутировано реакции между наностратами Nb₂CTₓ и Ti₃C₂Tₓ.

Рис. 3а показывает механизм работы AM-TENG, содержащий контактную трибоэлектризацию и электростатические индукции. AM-TENG работает в режиме контакт-разделение, где верхняя нилоновая пленка и нижняя чередующаяся слоистая композитная наностратная пленка MXene работают как положительный и отрицательный диэлектрические слои соответственно. Электрические заряды, сгенерированные между двумя трибоэлектрическими поверхностями, создают электрическое поле. Изменение расстояния создает изменяемое электрическое поле, за которым следует смещенный ток между двумя электродами внешней цепи. Следовательно, по мере периодического приложения и освобождения триггера к ТЕНГ, электроны движутся туда-обратно во время периодического контакта и разделения, генерируя переменный ток через внешнюю цепь. Для оценки роли Nb₂CTₓ электрический выход AM-TENG с массовым соотношением Nb₂CTₓ от 0 до 25% был проведен, включая открытое контурное напряжение (V_oc), плотность тока короткого замыкания (I_sc) и плотность переносимого заряда (Q_sc). ТЕНГ на базе чередующихся слоистых композитных наностратов MXene с одинаковой толщиной измерялись при одинаковых условиях, как показано на рис. 3б–в. Очевидно, видно, что I_sc плотность, V_oc и Q_sc 15 масс.% AM-TENG одновременно заметно увеличились по сравнению с чистой Ti₃C₂Tₓ пленкой. По мере увеличения количества Nb₂CTₓ до 15 масс.% генерируемый выход I_sc плотность, V_oc и Q_sc AM-TENG постепенно увеличиваются до 8,06 мкА/см², 34,63 В и 11,19 нКл соответственно, что в 8,4, 3,5 и 3,6 раза превышает значения чистой Ti₃C₂Tₓ пленки (0,96 мкА/см², 9,94 В и 3,08 нКл), как описано на рис. 3а и б. Однако когда массовое количество Nb₂CTₓ дальше увеличивается от 15 до 25%, I_sc плотность, V_oc и Q_sc уменьшаются до 1,97 мкА/см², 19,74 В и 5,30 нКл соответственно. Дополнительный файл 1: Рис. S5 суммирует тенденцию изменения I_sc плотности, V_oc и Q_sc с градиентным увеличением массового соотношения Nb₂CTₓ.

Для режима контакт-разделение AM-TENG диэлектрическая постоянная является важным параметром для определения выходной производительности. Поэтому диэлектрическая постоянная чередующихся слоистых композитных наностратов MXene характеризовалась моделью комплексной проницаемости в частотном диапазоне 0,1–1000 МГц. Затем диэлектрическая постоянная Ti₃C₂Tₓ и чередующихся слоистых композитных наностратов MXene с разными концентрациями Nb₂CTₓ и частотами показана на рис. 3е. Видно из рис. 3е, что по мере увеличения легирования от 0 до 15 масс.% диэлектрическая постоянная увеличивается с 0,02 до 0,04. При дальнейшем увеличении массового соотношения до 25 масс.% диэлектрическая постоянная уменьшается с 0,03 до 0,02. Диэлектрическая постоянная чередующихся слоистых композитных наностратов MXene выше, чем у чистой Ti₃C₂Tₓ пленки, из-за формирования микроконденсаторной интерфейсной сети. При более высоких концентрациях проводимость между Ti₃C₂Tₓ и Nb₂CTₓ, вероятно, агрегируется, формируя проводимую сеть и, следовательно, разрушая диэлектрические свойства чередующихся слоистых композитных пленок MXene. Следовательно, утечка электричества может привести к снижению выходной производительности. Результаты раскрывают, что максимальная диэлектрическая постоянная получена при концентрации 15 масс.% Nb₂CTₓ, что хорошо согласуется с электрическими результатами на рис. 3б–в. Другими словами, с увеличением диэлектрической постоянной содержание Nb₂CTₓ дополнительно улучшает трибоэлектрическую производительность.

Для дальнейшего уточнения теоретической связи между выходом AM-TENG и концентрацией наполнителя, ТЕНГ может быть приведен к модели плоского конденсатора в Дополнительном файле 1: Рис. S6. Напряженность электрического поля в воздушном зазоре и диэлектрике дается:

Внутри диэлектрика 1

$$E_{1} = \frac{{\sigma_{I} (x,t)}}{{\varepsilon_{r1} }}$$ (1)

Внутри диэлектрика 2

$$E_{2} = \frac{{\sigma_{I} (x,t)}}{{\varepsilon_{r2} }}$$ (2)

Внутри воздушного зазора

$$E_{{{\text{air}}}} = \frac{{\sigma_{I} (x,t) - \sigma_{c} }}{{\varepsilon_{o} }}$$ (3)

σ_c — поверхностная плотность заряда. Расстояние (x) двух трибоэлектрических слоев варьируется с механической силой, и σ_I(x, t) — перенесенные свободные электроны в электроде. ε_o — вакуумная проницаемость, d₁ и d₂ — толщина диэлектрического материала. ε_r1 и ε_r2 — относительная диэлектрическая постоянная диэлектрика 1 и диэлектрика 2 соответственно.

Напряжение между двумя электродами может быть дано:

$$V = \sigma_{I} (x,t)\left( {\frac{{d_{1} }}{{\varepsilon_{r1} }} + \frac{{d_{2} }}{{\varepsilon_{r2} }}} \right) + \frac{{x[\sigma_{I} (x,t) - \sigma_{c} ]}}{{\varepsilon_{o} }}$$ (4)

При условиях короткого замыкания и V = 0

$$\sigma_{I} (x,t) = \frac{{x\sigma_{c} }}{{\frac{{\varepsilon_{o} d_{1} }}{{\varepsilon_{r1} }} + \frac{{\varepsilon_{o} d_{1} }}{{\varepsilon_{r1} }} + x}}$$ (5)

Уравнение (5) показывает, что плотность переносимого заряда σ_I увеличивается с увеличением поверхностной плотности трибоэлектрического заряда σ_c на поверхности диэлектрика и проницаемости диэлектрика ε_r1 и ε_r2 соответственно. Согласно формуле, электрический выход увеличивается с увеличением диэлектрической постоянной диэлектрического материала, что твердо подтверждает экспериментальные результаты на рис. 3.

Для дальнейшей оценки трибоэлектрических свойств чередующихся слоистых композитных наностратов MXene проводилось сравнение с коммерческой PTFE пленкой с теми же –F функциональными группами. При тех же тестовых условиях, как показано на рис. 4а–в, I_pp-sc 8,65 мкА/см², V_oc 37,63 В и Q_sc 13,24 нКл соответственно превышают в 4,3, 3,3 и 3,0 раза значения коммерческой PTFE пленки. Это иллюстрирует, что чередующаяся слоистая композитная наностратная пленка MXene является перспективным трибоэлектрическим материалом. Рис. 4г изображает плотность тока и напряжение на базе чередующихся слоистых композитных наностратов MXene с 15 масс.% Nb₂CTₓ как функцию внешнего нагрузочного сопротивления в диапазоне 0,01–80 МОм. Очевидно, плотность тока короткого замыкания уменьшается с увеличением подключенного внешнего сопротивления, в то время как V_oc следует возрастающей тенденции. Мгновенная мощность ТЕНГ получена расчетом измеренного нагрузочного напряжения и плотности тока с резисторами. Соответствующая пиковая мощность ТЕНГ составляет около 0,10 мВт/см² под нагрузочным сопротивлением 5 МОм (рис. 4е). Мы также исследовали практическое применение ТЕНГ как сборщика энергии и источника питания. После выпрямления напряжения, которые могут быть сохранены зарядкой конденсаторов 1,0 мкФ, 2,2 мкФ, 3,3 мкФ, 4,7 мкФ и 10,0 мкФ в течение 180 с, составляют 2,92 В, 1,92 В, 1,29 В, 1,06 В, 0,48 В и 0,22 В соответственно (рис. 4ж).

Кроме того, AM-TENG может собирать механическую энергию от простых движений человека и конвертировать их в электрические сигналы. V_oc устройства под разными движениями человека, такими как использование мыши, отправка сообщений, набор текста, хлопанье по ногам, tapoтание по ногам и хлопанье в ладоши, записывалось. Как показано на рис. 5а и Дополнительный файл 2: видео 1 в поддержке информации, непрерывное использование мыши производит V_oc 2,45 В. После этого, при слайдинге и отправке сообщений на мобильном телефоне (рис. 5б и Дополнительный файл 3: Видео 2), результат показывает, что V_oc 2,46 В был получен. Затем, как изображено на рис. 5в и 5г (Дополнительные файлы 4, 5: Видео 3 и 4), хлопанье по ногам и тапотание по ногам производят V_oc 9,30 В и 18,68 В соответственно. И затем, с рис. 5д и Дополнительный файл 6: Видео 5, проверяется, что тапотание по ногам дает V_oc 18,72 В. Наконец, на рис. 5е (Дополнительный файл 7: Видео 6), V_oc 27,61 В генерируется хлопаньем в ладоши. Подводя итог, стало очевидно, что AM-TENG имеет огромный потенциал применения в портативных приложениях.

Заключение

В целом, высокопроизводительный ТЕНГ на базе чередующихся слоистых композитных наностратов MXene с обильными –F группами через слое-послойную наслаиваемость успешно изготовлен. Введенные межслойные Nb₂CTₓ не только обеспечивают однородную внутреннюю микроструктуру композитных пленок и предоставляют больше наноканалов для эффективных –F групп, но и увеличивают диэлектрическую постоянную. Когда количество Nb₂CTₓ увеличивается до 15 масс.%, ТЕНГ на базе чередующихся слоистых композитных наностратов MXene достигает максимального выхода. Плотность тока короткого замыкания и напряжение 8,06 мкА/см² и 34,63 В превышают в 8,4 и 3,5 раза значения чистой Ti₃C₂Tₓ пленки и в 4,3 и 3,3 раза — коммерческой поли(тетрафторетилен)(PTFE) пленки. Кроме того, изготовленный ТЕНГ может быть прикреплен к человеческому телу для сбора энергии от простых движений человека, таких как набор текста, отправка сообщений и хлопанье в ладоши. Результаты демонстрируют, что чередующиеся слоистые композитные наностраты MXene через слое-послойную наслаиваемость могут обладать замечательной трибоэлектрической производительностью, что обогащает семейство трибоэлектрических материалов и обеспечивает новый выбор для высокоэффективных ТЕНГ.