摘要：近日，广西大学轻工与食品工程学院“先进木质纤维材料”课题组在纸基功能材料领域取得重要进展，研究成果以“Triboelectric tactile sensor for pressure and temperature sensing in high-tempe

近日，广西大学轻工与食品工程学院“先进木质纤维材料”课题组在纸基功能材料领域取得重要进展，研究成果以“Triboelectric tactile sensor for pressure and temperature sensing in high-temperature applications”为题发表于国际顶级学术期刊Nature Communications上。论文的第一作者为广西大学2022级博士研究生刘艳华，通讯作者为轻工与食品工程学院教授聂双喜，广西大学为该论文唯一完成单位。

摩擦纳米发电技术凭借其独特的工作机制，为开发新型环境适应性触觉传感器提供了创新途径。在这一技术革新中，纸基功能材料展现出独特的优势和广阔的应用前景。纸张作为优异的摩擦电材料，不仅具备可再生、可降解、生物相容等环境友好特性，更重要的是，其分子结构中β-D-吡喃葡萄糖环上丰富的羟基赋予了材料优异的极化性能及其本征耐高温特性，这些特点使纸基摩擦电材料在高温触觉传感领域具有不可替代的优势，有望成为替代传统石油基合成聚合物的理想选择。该研究基于纤维素优异的耐高温特性和摩擦电性能，通过调控载流子迁移率解决了传统正极聚合物摩擦电材料在高温下信号衰减的难题，为新一代高温压力-温度协同传感系统的构建提供了新思路。

近年来，“先进木质纤维材料”课题组在聂双喜的带领下，围绕纸基功能材料构筑与先进应用开展系统性基础研究，提出了“基于纤维素气凝胶的摩擦纳米发电机”研究方向，解决了传统摩擦电材料恶劣环境耐候性差、功能单一和力学性能提升难的瓶颈问题。通过纤维素气凝胶聚集态结构调控、木材遗态结构的界面工程等策略，解析了纤维素分子间作用力与机械性能的构效关系，阐明了纤维素摩擦电气凝胶的能量耗散机制，突破了材料轻质与高刚度不可兼得的难题。通过异质界面工程、分级多孔和自组装等策略，成功赋予纤维素气凝胶气敏性功能，实现了氨气、水蒸气等气体的原位实时监测。通过纤维素的分子设计、细胞壁工程、超分子缠绕等策略，显著提高了纤维素摩擦电气凝胶的阻燃性能、热稳定性、耐水性能，实现了高温、高湿、强光照、低温和有毒气体等极端环境下的有效应用，突破了常规材料在极端环境下性能失效的难题。

系列研究成果近三年以广西大学为唯一通讯单位在Nature Communications、Advanced Materials、Advanced Functional Materials等材料领域国际顶尖期刊上发表学术论文100余篇。基于上述基础研究，广西大学团队领衔的“基于纤维素气凝胶的摩擦纳米发电机”研究方向被列入中国工程院《全球工程前沿2024》报告中的机械与运载工程领域前10大工程研究前沿。

据悉，2024年度“全球工程前沿”研究按照中国工程院9个学部所属的学科领域，通过数据分析与专家研判相结合，获得92个工程研究前沿和92个工程开发前沿，并对其中最重要的27个研究前沿和27个开发前沿进行深入解读，制定重点前沿发展路线图。《全球工程前沿》报告在产业界和学术界产生积极的社会反响和良好的社会效应，已成为中国工程院学术引领工作的重要标志。

来源：小谢的科学讲堂