Published March 1, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Surfactant-free GO-PLA nanocomposite with honeycomb patterned surface for high power antagonistic bio-triboelectric nanogenerator

Creators

  • 1. Vietnam National University Ho Chi Minh City
  • 2. Ho Chi Minh City University of Technology

Description

While triboelectric nanogenerators (TENGs) made of biomaterials are becoming significant components of self-charged monitoring healthcare systems, most of them show low output performance and poor durability. Herein, a surfactant-free graphene oxide-polylactic acid (GO/PLA) nanocomposite with customizable honeycomb patterns was, for the first time, prepared via a scalable two-step solution method to achieve a power-boosted biocompatible TENG. The first step of this method involved using a suitable solvent (such as dimethylformamide) to well disperse the GO nanoparticles into PLA. Subsequently, honeycomb patterns were induced by using a mixture of chloroform and methanol as a suitable volatile solvent/nonsolvent pair for improved phase separation. The results indicated that GO nanoparticles with large surface area and abundant electron-donating groups decorated the honeycomb patterns and significantly influenced the electro-positivity and surface properties of the PLA bio-polymer. An unprecedented antagonistic TENG (A-TENG) based on the concave-honeycomb GO-PLA (hc-GO/PLA) and its corresponding convex-polydimethylsiloxane (c-PDMS) form a pair of tribo-components with antagonistic friction surfaces and generate an output power of 3.25 mW, which is 13.6 times higher than that of a flat-surface TENG (f-TENG) without GO additives. We believe that the incorporation of functional GO nanoparticles without surfactants expands the potential applications of biocompatible A-TENG in healthcare areas thanks to its boosted output performance and persisting biocompatibility.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في حين أن المولدات النانوية الكهربية الثلاثية (TENGs) المصنوعة من المواد الحيوية أصبحت مكونات مهمة لأنظمة الرعاية الصحية للمراقبة ذاتية الشحن، فإن معظمها يظهر أداءً منخفضًا للإنتاج ومتانة ضعيفة. هنا، تم لأول مرة تحضير مركب نانوي لأكسيد الجرافين الخالي من المواد الخافضة للتوتر السطحي (GO/PLA) مع أنماط قرص العسل القابلة للتخصيص، عبر طريقة محلول من خطوتين قابلة للتطوير لتحقيق TENG متوافق حيويًا معزز بالطاقة. تضمنت الخطوة الأولى من هذه الطريقة استخدام مذيب مناسب (مثل داي ميثيل فورماميد) لتفريق جسيمات GO النانوية جيدًا في جيش التحرير الشعبى الصينى. بعد ذلك، تم حث أنماط قرص العسل باستخدام خليط من الكلوروفورم والميثانول كزوج مناسب من المذيبات المتطايرة/غير المذيبات لتحسين فصل الطور. أشارت النتائج إلى أن الجسيمات النانوية GO ذات المساحة السطحية الكبيرة والمجموعات الوفيرة المانحة للإلكترونات زينت أنماط قرص العسل وأثرت بشكل كبير على الإيجابية الكهربائية والخصائص السطحية للبوليمر الحيوي لجيش التحرير الشعبى الصينى. يشكل التنغ المضاد غير المسبوق (A - TENG) القائم على قرص العسل المقعر GO - PLA (hc - GO/PLA) وما يقابله من بولي داي ميثيل سيلوكسان (c - PDMS) زوجًا من المكونات القبلية ذات أسطح الاحتكاك المضاد وتولد طاقة خرج تبلغ 3.25 ميغاواط، وهو أعلى 13.6 مرة من طاقة التنغ المسطح (f - TENG) بدون إضافات GO. نعتقد أن دمج الجسيمات النانوية GO الوظيفية بدون مواد خافضة للتوتر السطحي يوسع التطبيقات المحتملة لـ A - TENG المتوافقة حيوياً في مجالات الرعاية الصحية بفضل أدائها المعزز للإنتاج والتوافق الحيوي المستمر.

Translated Description (French)

Alors que les nanogénérateurs triboélectriques (TENG) en biomatériaux deviennent des composants importants des systèmes de santé de surveillance auto-chargés, la plupart d'entre eux présentent de faibles performances de sortie et une faible durabilité. Ici, un nanocomposite d'oxyde de graphène-acide polylactique (GO/PLA) sans tensioactif avec des motifs en nid d'abeilles personnalisables a été, pour la première fois, préparé via une méthode de solution en deux étapes évolutive pour obtenir un TENG biocompatible renforcé par la puissance. La première étape de cette méthode consistait à utiliser un solvant approprié (tel que le diméthylformamide) pour bien disperser les nanoparticules de GO dans le PLA. Par la suite, des motifs en nid d'abeilles ont été induits en utilisant un mélange de chloroforme et de méthanol comme paire solvant volatil/non solvant appropriée pour une meilleure séparation de phase. Les résultats ont indiqué que les nanoparticules de GO avec une grande surface et des groupes donneurs d'électrons abondants décoraient les motifs en nid d'abeilles et influençaient de manière significative l'électro-positivité et les propriétés de surface du bio-polymère de PLA. Un TENG antagoniste sans précédent (A-TENG) basé sur le GO-PLA à nid d'abeille concave (hc-GO/PLA) et son polydiméthylsiloxane convexe correspondant (c-PDMS) forment une paire de composants tribo avec des surfaces de frottement antagonistes et génèrent une puissance de sortie de 3,25 mW, ce qui est 13,6 fois plus élevé que celui d'un TENG à surface plane (f-TENG) sans additifs GO. Nous pensons que l'incorporation de nanoparticules GO fonctionnelles sans tensioactifs élargit les applications potentielles de l'A-TENG biocompatible dans les domaines de la santé grâce à ses performances de sortie améliorées et à sa biocompatibilité persistante.

Translated Description (Spanish)

Si bien los nanogeneradores triboeléctricos (Teng) hechos de biomateriales se están convirtiendo en componentes importantes de los sistemas de atención médica de monitoreo autocargados, la mayoría de ellos muestran un bajo rendimiento de salida y poca durabilidad. En la presente, se preparó por primera vez un nanocompuesto de óxido de grafeno-ácido poliláctico (GO/Pla) sin tensioactivos con patrones de panal personalizables a través de un método de solución escalable de dos pasos para lograr un TENG biocompatible potenciado. El primer paso de este método implicó el uso de un disolvente adecuado (como dimetilformamida) para dispersar bien las nanopartículas de GO en Pla. Posteriormente, se indujeron patrones de panal mediante el uso de una mezcla de cloroformo y metanol como un par disolvente/no disolvente volátil adecuado para una separación de fases mejorada. Los resultados indicaron que las nanopartículas de GO con gran área de superficie y abundantes grupos donadores de electrones decoraron los patrones de panal e influyeron significativamente en la electropositividad y las propiedades superficiales del biopolímero de Pla. Un TENG antagonista sin precedentes (A-TENG) basado en el GO-PLA de panal cóncavo (hc-GO/Pla) y su correspondiente polidimetilsiloxano convexo (c-PDMS) forman un par de tribocomponentes con superficies de fricción antagonistas y generan una potencia de salida de 3,25 mW, que es 13,6 veces mayor que la de un TENG de superficie plana (f-TENG) sin aditivos de GO. Creemos que la incorporación de nanopartículas GO funcionales sin tensioactivos amplía las aplicaciones potenciales del A-TENG biocompatible en áreas sanitarias gracias a su rendimiento de salida potenciado y biocompatibilidad persistente.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مركب نانوي GO - PLA خالي من المواد الخافضة للتوتر السطحي مع سطح منقوش على شكل قرص العسل لمولد نانوي حيوي ثلاثي كهربائي عالي الطاقة
Translated title (French)
Nanocomposite GO-PLA sans tensioactif avec surface à motifs en nid d'abeille pour nanogénérateur bio-triboélectrique antagoniste de haute puissance
Translated title (Spanish)
Nanocompuesto de GO-PLA sin tensioactivo con superficie con patrón de panal para nanogenerador biotriboeléctrico antagonista de alta potencia

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3200350815
DOI
10.1016/j.jsamd.2021.08.005

Is supplement to
https://openalex.org/W4386507927 (Other)
https://openalex.org/W4385200018 (Other)
https://openalex.org/W3198325434 (Other)
https://openalex.org/W2969263289 (Other)
https://openalex.org/W2948303554 (Other)
https://openalex.org/W2920980201 (Other)
https://openalex.org/W2892296510 (Other)
https://openalex.org/W2883707713 (Other)
https://openalex.org/W2473803627 (Other)
https://openalex.org/W1507709404 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1564320616
  • https://openalex.org/W2027894766
  • https://openalex.org/W2044256894
  • https://openalex.org/W2054432898
  • https://openalex.org/W2056355037
  • https://openalex.org/W2092044336
  • https://openalex.org/W2093018115
  • https://openalex.org/W2120587820
  • https://openalex.org/W2140746165
  • https://openalex.org/W2150076147
  • https://openalex.org/W2159505440
  • https://openalex.org/W2168100296
  • https://openalex.org/W2255201138
  • https://openalex.org/W2325039447
  • https://openalex.org/W2517396250
  • https://openalex.org/W2518150942
  • https://openalex.org/W2557595849
  • https://openalex.org/W2735209410
  • https://openalex.org/W2766412089
  • https://openalex.org/W2769267091
  • https://openalex.org/W2781332072
  • https://openalex.org/W2944492133
  • https://openalex.org/W2947994566
  • https://openalex.org/W2967841850
  • https://openalex.org/W3024953845
  • https://openalex.org/W3028599525
  • https://openalex.org/W3092091602
  • https://openalex.org/W3107419607
  • https://openalex.org/W3114217611
  • https://openalex.org/W3162756327
  • https://openalex.org/W3178104101
  • https://openalex.org/W4248806376