咖啡渣登上《AFM》？飞纳台式扫描电镜揭示可降解纳米发电机的微观秘密

当全球都在寻找绿色能源新方案时，一项来自广西大学鲁鹏教授团队的研究，把“咖啡渣”变成了真正能发电的材料。这项成果近日发表在《Advanced Functional Materials》（AFM）上，题为：“A Fully Degradable and Enclosed Triboelectric Nanogenerator Based on Spent Coffee Grounds Triboelectric Material”。研究团队在工作中使用飞纳台式扫描电镜（Phenom），揭示了咖啡渣发电材料的微观结构——让这杯“科学咖啡”，更加香浓有力。

摩擦纳米发电机（TENG）是一种能将机械能转化为电能的创新装置，常被用于可穿戴设备、环境传感和风能采集。但传统 TENG 多采用 PTFE 等不可降解高分子作为摩擦材料。它们性能强，却难降解，对环境不友好。科研界长期面临两大痛点：缺乏高性能可降解负摩擦材料；以及可降解 TENG 结构脆弱，不利于量产和应用。

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研究人员将咖啡渣与可降解高分子聚己内酯（PCL）共挤出，制备出 SCG-PCL 复合颗粒。咖啡渣富含木质素、纤维素、脂肪酸等成分，表面粗糙、含有大量负电性官能团（羟基、羧基），显著提升摩擦起电能力。

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研究团队进一步利用 3D 打印技术，用导电 PLA-C 与 PLA 构建外壳，内部填充 SCG-PCL 颗粒，制成一个全封闭、全可降解的发电模块（SP-TENG）。这种模块完全密封、防潮抗氧化，成本仅为PTFE装置的23%，功率密度 12.28 mW·m^?3，可稳定运行 9400 次循环，且 6 个月后电压仅衰减 6%。

在研究中，团队使用飞纳 Phenom 台式扫描电镜对材料进行形貌表征，帮助科研人员发现咖啡颗粒均匀分散于 PCL 基体，表面呈现多孔粗糙结构，显著提升有效接触面积。飞纳电镜凭借高分辨率、低真空快速成像和极简样品制备流程，让科研团队快速洞察生物质材料的微观结构变化。

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团队进一步将 SP-TENG 集成进风能采集装置，实现自供电应用：在风速 9–11 m/s 时，输出电压达 30V，可点亮 LED 阵列、驱动温湿度传感器；在复杂道路环境中，可作为风能驱动的交通警示系统，通过闪光或声音提醒驾驶员减速。

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这项研究实现了从废弃物到能源材料的绿色闭环：废弃咖啡渣 → 高性能发电材料；可降解结构 → 环境友好无污染；飞纳电镜 → 揭示微观机制；应用验证 → 绿色自供电系统。这不仅是一项材料创新，更是一种可持续科研的典范。

“每天喝下的咖啡，或许就是未来的能源。” 在飞纳电镜的助力下，这一想法正在从实验室走向现实。让显微世界的每一次观察，都成为科技创新的起点。

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