Une stratégie d'ingénierie d'orientation universelle pour améliorer la performance de conversion mécano-électrique dans les biopolymères semi-cristallins.

Les matériaux triboélectriques à haute densité de charge sont la clé pour développer des nanogénérateurs triboélectriques haute performance. Cependant, la plupart des biopolymères semi-cristallins présentent des performances de sortie triboélectrique faibles en raison des limitations de leur structure intrinsèque et de leurs propriétés physico-chimiques. Dans ce contexte, des nanofibres de fibroïne de soie (SFNs) régulées par orientation avec polarisation de transition de phase et migration améliorée des porteurs sont développées grâce à une technologie d'électrofilage synergique à haute tension et haute vitesse. Pour analyser les changements structurels moléculaires et d'agrégation des SFNs lors des champs électriques à haute tension et des processus d'orientation induits par stress, un modèle évolutif structurel multiscalaire est construit, allant des chaînes moléculaires microscopiques aux structures d'agrégation mésoscopiques, puis aux arrangements de fibres macroscopiques. Il est constaté qu'à mesure que le coefficient d'orientation augmente, la conformation moléculaire passe d'hélices α désordonnées à des feuillets β empilés ordonnés. Les chaînes moléculaires agrégées glissent progressivement, se recombinent et s'organisent de manière ordonnée le long de la direction du champ de stress, ce qui contribue à réguler les propriétés de capture de charge et de migration des porteurs. Les SFNs régulées par orientation améliorent considérablement le transfert de charge interfaciale et la capacité de transport de charge de masse, améliorant ainsi grandement la performance triboélectrique. Ce travail fournit non seulement de nouvelles perspectives sur les mécanismes de conversion mécano-électrique des biopolymères semi-cristallins, mais offre également des conseils pour la conception de matériaux triboélectriques à haute densité de charge.