超疏水微纳多级表面的可控制造及其俘能应用.pdf

doi:10.11933/j.issn.1007-9289.20220713001Aug.2023CHINASURFACEENGINEERING2023年8 月No.4Vol.36国第36 卷第4期面中表程超疏水微纳多级表面的可控制造及其俘能应用郭美玲许振涛王成杨振朝杨明顺李言（西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048)摘要：超疏水表面在防污减阻、油水分离、生物医用等领域应用广泛，在摩擦发电蓝色能源收集领域展现出新的应用前景，但其大面积制造及结构形貌的精确调控仍充满挑战。提出光刻和模塑成形相结合的微纳多级表面的可控制造工艺，分别以光刻工艺制造的微米孔和形孔阳极氧化铝纳米孔为微米尺度和纳米尺度模板，采用一步模塑成形工艺实现微纳多级表面的构建，并通过改变模板尺寸简易并精确调控微纳多级表面的形貌和结构尺寸。通过接触角测量仪分析发现，相比单级纳米表面和单级微米表面，构建的微纳多级表面疏水性能显著提升，并实现超疏水，静态接触角最高达158，滚动角仅为2。最后开展超疏水微纳多级表面在水能收集方面的应用研究，采用搭建的固-液摩擦纳米发电测试装置分析表面结构对摩擦电输出性能的影响。结果表明：相比平膜和单级微米表面，微纳多级表面由于摩擦面面积增加和疏水性能增强产生更加优异的电输出信号。当水流速度为8 mL/s时，微纳多级表面的输出电压峰值最高为46 V，短路电流峰值最高为6.3A。提出了一步模塑成形工艺，实现了超疏水微纳多级表面的大面积、可调控制造，基于微纳多级表面构建的固-液摩擦纳米发电机有望应用于水能收集、自驱动传感等领域。关键词：超疏水；微纳多级表面；摩擦纳米发电机；水能收集中图分类号：TH117Controllable Fabrication of Superhydrophobic Micro/nano HierarchicalSurface and Its Application for Energy HarvestingGUO MeilingXU ZhentaoWANG ChengYANGZhenchaoYANG MingshunLI Yan(School of Mechanical and Precision Instrument Engineering,Xi an University of Technology,Xi an 710048,China)Abstract:Superhydrophobic surfaces have been widely used in antifouling,drag reduction,oil-water separation,and biomedicineapplications.New triboelectric nanogenerator(TENG)applications have recently emerged for harvesting blue energy.However,large-area and controllable fabrication of superhydrophobic surfaces remains challenging.When a superhydrophobic surface is used ina TENG,the effects of its structure and morphology on the triboelectric output remain unknown.Here,a large-area,controllable,andscalable fabrication strategy is developed to manufacture superhydrophobic micro/nano hierarchical surface,and its application in awater-solid contact TENG is reported.A one-step photolithography and molding process is proposed to fabricate a micro/nanohierarchical surface composed of micropillars and nanopillars.The micropillars were formed using a lithographic mask equipped witha microhole array,and the nanopillars duplicated the structure of a V-shaped anodic aluminum oxide(AAO)mold.The structure of themicro/nano hierarchical surface can be controlled accurately and conveniently by regulating the size of the lithographic mask andAAO mold.Using scanning electron microscopy(SEM)observation,a series of micro/nano hierarchical structures were successfullyfabricated.The micropillars and nanopillars showed high accuracy and good consistency.Subsequently,the hydrophobicity of themicro/nano hierarchical surface was analyzed using a contact-angle measurement system.The results indicate that,compared withthe single-level nano surface and the single-level micro surface,the micro/nano hierarchical surface exhibits superior hydrophobicproperties and achieves superhydrophobicity.This is because the surface exhibits a Cassie-Baxter wetting state,and the constructed*国家自然科学基金（5190 542 3，52 0 7 5437）和陕西省自然科学基础研究计划（2 0 2 2 JM-244）资助项目。Fund:Supported by National Natural Science Foundation of China(51905423,52075437)and Provincal Natural Science Basic Research Plan of Shanxi(2022JM-244).20220713收到初稿，2 0 2 30 30 9收到修改稿141第4期郭美玲，等：超疏水微纳多级表面的可控制造及其俘能应用micro/nano hierarchical structures can inhibit water droplets from immersing into the gap and obtain superhydrophobic properties.For the micro/nano hierarchical surface,as the center distance of the micropillars increased,the contact area between the surface andthe water droplet decreased;thus,the hydrophobic performance was further enhanced.Specifically,when the center distance of thelithographic mask was 28 m,the fabricated micro/nano hierarchical surface showed a static contact angle of 158 and a slidingangle of 2o.Finally,the micro/nano hierarchical surface was applied for water energy harvesting.The effect of the surface structureon the output performance of the water-solid contact TENG was analyzed using a testing setup with water continuously dripping ontothe surface.The results show that the constructed micro/nano hierarchical surface generates a more robust triboelectric outputcompared to the flat surface and the single-level microsurface.This outstanding output performance originated from the higher chargedensity caused by the larger friction surface and superhydrophobic properties.For the micro/nano hierarchical surface,as the centerdistance of the micropillars increased,the triboelectric output was further enhanced owing to the more hydrophobic structure.Specifically,at a flow rate of 8 mL/s,the output voltage and short-circuit current of the water-solid contact TENG based on themicro/nano hierarchical surface with a mask center distance of 28 m are approximately 46 V and 6.3 A,respectively.In addition,the effect of the flow rate on the output performance was studied.As the flow rate increased,the output peak value and outputfrequency increased,which was attributed to the sufficient friction and faster contact-separation process at high flow rates.Therefore,the proposed photolithography and molding process realizes the large-area and controllable superhydrophobic micro/nanohierarchical surface fabrication.Applying the micro/nano hierarchical surface in water-solid contact TENG demonstrates its suitablepotential applications in water energy harvesting and self-powered sensor devices.Keywords:superhydrophobic;micro/nano hierarchical surface;triboelectric nanogenerator;water energy harvesting0前言摩擦纳米发电机（Triboelectric nanogenerator,TENG）自2 0 12 年由王中林院士团队首次提出便受到研究者们的广泛关注，其工作原理是基于界面摩擦起电效应和静电感应效应的耦合，可以将不同形式的机械能转化为电能，包括人体运动2 、振动3、风能4、水能5 等，具有结构简单、造价低廉、效率高等特点6 。经过数10 年的发展，摩擦纳米发电已形成了丰富的理论体系，衍生出多种器件结构形式。按照摩擦接触界面可以分为固-固摩擦7 、液-固摩擦8 、液-液摩擦9、气-固摩擦10 等。固-液摩擦纳米发电机是基于液-固界面摩擦，俘获蓝色能源的新型发电装置，可用于水波、水滴、水流等不同类型的水能收集8.1。固-液摩擦纳米发电机主要由液体摩擦材料、固体摩擦材料和电极材料组成，其中，固体摩擦材料的结构和特性对于发电机的输出性能具有至关重要的影响。超疏水表面是指具有非常大的接触角，且水滴能够在其表面轻易流动12-13。由于超疏水表面具有优异的憎水性，在自清洁14、防结冰15-16 、油水分离17 等领域已得到广泛应用。近年来，超疏水表面作为固体摩擦材料在摩擦发电蓝色能源收集领域展现出新的应用前景。这是由于超疏水表面可以在其倾斜时，使滴落在表面的水滴快速并完全滑落，对于固-液摩擦纳米发电机输出性能的提升具有重要作用18 。构建多级微纳结构是获得超疏水表面、提升摩擦纳米发电机性能的重要方法19-2 0 。ZOU等2 1 将用于高性能摩擦纳米发电机的微纳多级结构的制造方法归纳为模板法、附加法、刻蚀法和褶皱法4类。模板法主要通过复刻Si模板或自然界的物质表面（如荷叶等）获得超疏水微纳多级结构，由于结构化表面的摩擦面面积增大使得表面电荷密度增加，水能收集特性增强2-2 3。CHEN 等2 41采用静电纺丝工艺制备了SiO2/P(VDF-TrFE)多级微纳表面，属于附加法。制备的表面具有高透明、可拉伸、超疏水、自清洁等特点，在俘获机械能和水能领域都展现出优势。当水流速度为10.7 mL/s时，构建的固-液摩擦纳米发电机的输出电压和短路电流分别为36 V和10 A。刻蚀法主要通过采用激光或等离子体在表面刻蚀加工纳米碗、纳米锥、纳米线或纳米柱等并辅以纳米颗粒获得表面微纳结构，制备的表面也展现出优异的超疏水性能和俘能特性2 5-2 6 。AHN等2 7 则采用褶皱法制备了集微米图案、纳米图案和褶皱于一体的多级微纳表面，接触角达152.5，相比平膜，其摩擦电输出性能增强6 0 8%。综上，构建微纳多级结构可通过增大摩擦面面积提高表面电荷密度以及增加表面粗糙度增强疏水性，最终提升表面的水能收集特性。然而，如何实现微纳多级表面微米尺度和纳米尺度结构的简易精确调控仍是一大142面中表国2023年程难题，表面结构形貌对摩擦电输出性能的影响仍有待进一步探讨。本文提出采用光刻和模塑成形工艺，分别以光刻工艺制造的微米孔结构和V形孔阳极氧化铝（A n o d i c a l u m i n u m o x i d e,A A O）纳米孔结构为微米尺度和纳米尺度模板，采用一步模塑成形工艺实现微纳多级表面的构建，并通过改变模板尺寸简易并精确调控表面的结构尺寸。然后利用接触角测量仪分析结构尺寸对表面静态接触角和滚动角的影响规律，最后采用搭建的固-液摩擦纳米发电测试装置对比分析不同结构表面的摩擦电输出性能。1试验方法1.1微纳多级表面的可控制造采用光刻和模塑成形工艺制造微纳多级表面，具体过程如图1所示。试验选用V形孔AAO（上海上木科技有限公司）作为纳米结构模板，如图1a所示。首先，以V形孔AAO为模板，旋涂AZP4260正型光刻胶，旋涂速度为10 0 0 r/min，旋涂时间为35s。由于填充到AAO丝纳米尺度孔洞的AZP4620光刻胶后续难以显影去除，所以在旋涂AZP4260光刻胶之前先旋涂一层PMGI光刻胶作为牺牲层，旋涂速度为150 0 r/min，旋涂时间为30 s。光刻胶经烘干固化后，膜厚约为13m，如图1b所示。随后在光刻胶表面放置具有微米孔洞阵列的掩膜板后，使用双面对准光刻机进行紫外曝光，曝光时间为32s，如图1c所示。接着，将已曝光的样品进行显影，先后浸于5%o的NaOH溶液中6 0 s和MF319显影液中90 s将曝光部分的光刻胶溶解，得到光刻工艺制造的微米孔结构和V形孔AAO纳米孔结构复合的微纳多级结构模板，如图1d所示。然后采用翻模技术制备微纳多级表面。选用紫外固化光学胶NOA81作为翻模材料，经旋涂后在表面贴附导电PET（IT O-PET）薄膜，随后放在紫外灯下进行固化，选择紫外光波长为350 nm，固化时间为10 min，如图1e所示。待NOA完全固化后，脱模得到微纳多级表面，如图1f所示。已有研究表明，通过八氟环丁烷（C4F：）等离子体处理在结构表面沉积碳氟化合物薄膜进行表面化学修饰可以降低表面自由能2 8 。因此，为进一步增强微纳多级表面的疏水性，最后采用C4F：等离子体对其处理6 0 s进行表面氟化改性。UVlight350nmMask110nm450nmPositive photoresistExposed450nmphotoresistVshapeAAOVshapeAAO(a)V shape AAO mold(b)Spin coating of photoresist film(c)ExposedUV lightITO-PETNOAUV-polymer(d)Development(e)Dropcasting UV-polymerand curing(f)Demolding图1微纳多级表面制造过程示意图Fig.1Schematic illustration of the fabrication process of the micro/nano hierarchical surface在制造过程中，通过改变AAO模板的尺寸并调节微米孔洞掩膜板的直径和中心距，可简易并精确调控微纳多级表面的结构形貌，为研究多级结构特征对固-液摩擦发电性能的影响提供制造技术支撑。本试验选用V形孔AAO模板的孔顶部直径为350nm，孔底部直径为110 nm，孔中心间距为450nm，孔深为450 nm，如图1a所示，选用掩膜板微米孔洞的直径均为7 m，中心距分别为14、2 1和28 m。此外，本试验制备了单级微米表面和单级纳米表面用作对比分析。在微纳多级表面制备过程中，将图1a中的AAO模板更换为平面模板，经图1b1f 所示的旋涂光刻胶、掩膜曝光、显影及翻模技术可制备得到单级微米表面。直接以V形孔AAO为模板，经旋涂紫外固化光学胶并脱模可制备得到单级纳米表面。1.2固-液摩擦纳米发电器件基于微纳多级表面的固-液摩擦纳米发电器件采用单电极模式。将微纳多级表面贴附的ITO-PET143郭美玲，等：超疏水微纳多级表面的可控制造及其俘能应用第4期薄膜作为电极，导电胶带粘贴在ITO表面将导线引出用于收集摩擦电信号。然后将整体置于载玻片上以提供支撑，防止微纳多级表面在水流冲击下发生过度变形。1.3结构表征及性能测试采用HitachiSU-8010型场发射扫描电子显微镜（Sc a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e,SEM）观察微纳多级表面的微观形貌。采用DataphysicsOCA20型接触角测量仪分析去离子水在微纳多级表面上的静态接触角和滚动角，去离子水液滴大小为3L。为评估微纳多级表面的水能收集特性，搭建如图2 所示的固-液摩擦纳米发电测试装置。基于微纳多级表面的固-液摩擦纳米发电器件（如图2 右上角插图所示）固定在测试样品台上，去离子水经蠕动泵抽取通过管道滴落在微纳多级表面形成固-液摩擦纳米发电机。采用负载为10 0 MQ的TektronixDPO3034型示波器测量输出的电压信号，采用SR570型电流放大器测量输出的电流信号。通过调节蠕动泵的转速可以控制水流的滴落速度，本试验中流速调节范围为2 10 mL/s。测试样品台可上下移动控制水流的滴落高度，也可侧向倾斜调节样品台的倾斜角度，本试验中水流的滴落高度设置为3.5cm，样品台的倾斜角度设置为15。FixedmountFollowingwaterPlatformTENGdeviceTENGdeviceCurrentDIwaterpreamplifierPeristalticOscilloscopepump图2固-液摩擦纳米发电测试装置图Fig.2Testing setup for water-solid contact TENG2结果与讨论2.1微纳多级表面的微观形貌图3a3c 所示为不同放大倍数下掩膜板微米孔洞中心距分别为14、2 1和2 8 um制备得到的微纳多级表面的SEM照片。从图中可以看出，制备的微纳多级表面在大面积范围内结构一致，微米尺度微柱的直径均接近7 um，微柱的中心距与掩膜板中心距一致，纳米尺度结构基本与AAO模板结构一致。因此，采用光刻和模塑成形工艺可复刻微米尺度和纳米尺度复合结构，实现微纳多级表面的大面积、可调控、可扩展制造。5um250m(a)Micro/nano-14205um(b)Micro/nano-21(d)Micro205umsQonm(c)Micro/nano-28(e)Nano图3微纳多级表面、单级微米表面和单级纳米表面的SEM照片Fig.3SEM images of micro/nano hierarchical surfaces,single-level micro surface,and single-level nano surface面中表144国程2023年为后续对比分析，制备了单级微米表面和单级纳米表面。图3d所示为采用微米孔洞中心距为14um的掩膜板制备得到的单级微米表面的SEM照片，图3e所示为制备得到的单级纳米表面的微观形貌。2.2微纳多级表面的超疏水特性表面的疏水性对于固-液摩擦发电性能的提升至关重要。图4所示为去离子水在不同结构表面的静态接触角。可以看出，单级纳米表面的静态接触角为140，掩膜板中心距为14m的单级微米表面的接触角为146，均表现出疏水特性。通过将纳米微柱和微米微柱相结合，构建的微纳多级表面的接触角增加至150，展现出超疏水特性。这表明通过构建微纳多级结构可以增强表面的疏水特性。分析其原因，是本试验中不同结构的疏水表面均呈现为Cassie-Baxter润湿模型。该模型中，水滴并未浸入到微柱结构的间隙中，而是被微柱结构间的气穴隔开，水滴同时与固体、气体接触，形成固-液-气三相复合接触表面。在Cassie-Baxter润湿模型下，液滴的接触角与固-液接触面积的大小呈负相关，接触面积越小，静态接触角越大2 9-30 。相比单级纳米表面和单级微米表面，构建微米结构和纳米结构复合的微纳多级表面可显著降低接触面积，从而使静态接触角增加，疏水性能增强。对于微纳多级表面，从图4中可以看出，随着掩膜板微米孔洞中心距从14um增加至2 1um和28m，表面的接触角从150 增加至156 和158，疏水性能进一步提升，且均表现出超疏水特性。这是由于掩模板中心距增加使得微纳多级表面微米微柱的间距增大，水滴与表面的接触面积减小，最终微纳多级表面展现出更大的接触角和更优异的超疏水特性。140146150(a)Nano(b)Micro(c)Micro/nano-14180Superhydrophobic156158160工140工120Hydrophobic1000NanoMicroMicro/Micro/Micro/nano-14nano-21nano-28(d)Micro/nano-21(e)Micro/nano-28(f)Static contact angle of different structures图4去离子水在单级纳米表面、单级微米表面和微纳多级表面的静态接触角Fig.4Water contact angle of single-level nano surface,single-level micro surface,and micro/nano hierarchical surfaces除静态接触角外，滚动角也是评价表面疏水性能的一项重要指标。特别是对于固-液摩擦纳米发电机，小的滚动角能够使液滴快速并完全离开固体表面，防止表面形成水膜以屏蔽摩擦电荷，对于发电性能的提升具有重要作用。图5显示了水滴在不同表面即将滑落时的试验台角度，即表面的滚动角。从图5中可以看出，单级微米表面的滚动角较大，为36。构建微纳多级结构后，表面的滚动角显著降低。掩膜板微米孔洞中心距为14、2 1和2 8 m的微纳多级表面的滚动角分别为10、4和2。由于本试验中固-液摩擦纳米发电机测试样品台的倾斜角度为15，因此，当水流滴落在样品台上的微纳多级表面时，水滴能够全部快速滑落，从而减少水膜残留，缩短接触-分离周期，提升摩擦发电性能。145等：超疏水微纳多级表面的可控制造及其俘能应用郭美玲，第4期1036(a)Micro(b)Micro/nano-14(c)Micro/nano-21(d)Micro/nano-28图5单级微米表面和微纳多级表面的滚动角Fig.5Sliding angle of single-level micro surface and micro/nano hierarchical surfaces2.3基于微纳多级表面的固-液摩擦纳米发电机的电输出性能基于微纳多级表面的固-液摩擦纳米发电机的工作原理如图6 所示。当水流滴落在结构表面时（如图6 a)，液滴与结构表面产生接触起电，电子会从液滴转移到结构表面，使结构表面带负电，水滴表面产生等量的正电荷（图6 b）。当水滴与结构表面充分接触摩擦后，结构表面的电荷量达到最大值。随后当水流继续滴落时，水滴与结构表面的接触面积呈现动态变化过程，通过静电感应效应将在外电路中诱导产生摩擦电信号，具体过程如图6 c6 f 所示。在水流滴落过程中，当水滴与表面的接触面积较小时（图6 c），液滴表面感应出的正电荷不足以补偿结构表面的负电荷。此时，静电感应效应将驱动电子从ITO电极转移到地面，通过在ITO电极中产生正电荷达到平衡，该过程会在外电路中产生一个瞬时电流（图6 d）。随着水流的滴落，当水滴与表面的接触面积继续增加时（图6 e），结构表面的负电荷能够全部被水滴下表面感应出的阳离子补偿。此时，ITO电极中多余的正电荷将驱动地面中的电子流入并中和该部分正电荷，该过程会在外电路中产生一个相反方向的瞬时电流（图6 f）。在水流持续滴落的过程中，水滴与结构表面的接触面积经历从小到大再减小的循环动态变化过程，因此，固-液摩擦纳米发电机将发生如图6 c6 f 所示的循环变化过程，最终在外电路中产生交变的电流信号。基于上述工作原理，采用搭建的固-液摩擦纳米发电测试装置测量相同水流速度下，不同结构表面固-液摩擦纳米发电机的俘能特性。图7 所示为水流流速为8 mL/s时，基于不同结构表面的固-液摩擦纳米发电机的输出电压和短路电流。从图中可以看出，相比平膜和单级微米表面，微纳多级表面的输出电压峰值和短路电流峰值显著增加。这表明，构建微纳多级结构可以增强表面的水能收集特性。这是由于一方面，建立微纳多级结构能够增加摩擦面的表面积，当水流滴落与该表面接触摩擦时，微纳多级表面会产生更多的摩擦电荷，在后续水流滴落过程中将使ITO电极中感应出更多的电荷量。另一方面，微纳多级结构的构建使表面的疏水性能显著增强，这样更多的滴落在结构表面的水滴将会弹跳中面146工表国2023年程并离开表面，而非残留在结构表面形成水膜。残留的水膜会通过在下表面感应产生阳离子来补偿结构表面的负电荷，那么在ITO电极中感应出的电荷量将会减少。因此，具备超疏水特性的微纳多级表面可通过减少水膜残留，使滴落的水滴尽可能完全离开结构表面，最终增强外电路中的摩擦电输出。对于微纳多级表面，从图7 中可以看出，随着掩膜板微米孔洞中心距从14um增加至2 1m和28m，摩擦电输出性能逐渐增强。当掩膜板微米孔洞中心距为2 8 m时，固-液摩擦纳米发电机的输出性能最优，输出电压峰值约为46 V，短路电流峰值约为6.3A。分析其原因与掩膜板中心距增加后，超疏水性能的增强密切相关。当水流滴落时，优异的疏水性能使更多的水滴弹跳并离开结构表面，水滴与结构表面接触面积的变化程度更大，在外电路中感应出的电荷量更多。FollowingwaterdropletsMicro/nano surfacePETLoad(a)(c)(d)(b)(f)(e)图6 固-液摩擦纳米发电机工作原理Fig.6Working mechanism of water-solid contact TENG6086404202002Flat-20FlatMicro/Micro/Micro/-4Micronano-14nano-21nano-28Micro/Micro/Micro/-40Micronano-14nano-21nano-28-6-60工-80246810121402468101214Time/sTime/s(a)Output voltage(b)Shortcircuitcurrent图7流速为8 mL/s时，基于不同表面的固-液摩擦纳米发电机的电输出性能Fig.7Output performance of water-solid contact TENGs based on different structures at a flowing velocity of 8 mL/s进一步地，分析水流速度对固-液摩擦纳米发电机电输出性能的影响。图8 所示为掩膜板微米孔洞中心距为2 8 m的微纳多级表面在流速为2 10mL/s下的输出电压和短路电流。结果表明，随着水流速度增加，摩擦电输出峰值显著增加。这是由于流速增加后，水滴与结构表面的接触摩擦更加147第4期郭美玲，等：超疏水微纳多级表面的可控制造及其俘能应用充分，结构表面产生的摩擦电荷密度增加，从而使器件的电输出性能增强。同时还发现，随着流速的增加，摩擦电输出曲线变得更加密集，即摩擦电的输出频率增大。分析其原因，是流速增加使得水滴与结构表面的接触-分离周期缩短，充放电速度提高。608640420200-2-202mL/s4mL/s6mL/s8mL/s10mL/s2mL/s4mL/s6mL/s8mL/s10mL/s4-40-6-60-80246810121402468101214Time/sTime/s(a)Output voltage(b)Shortcircuitcurrent图：基于掩膜板中心距为2 8 um的微纳多级表面的固-液摩擦纳米发电机在不同流速下的电输出性能Fig.88 Output performance of water-solid contact TENG based on the micro/nano hierarchical surface withmask center distance of 28 m at different flowing velocities表1列出了本文提出的固-液摩擦纳米发电机的性能与已报道的研究结果的对比。可以看出，基于微纳多级表面的固-液摩擦纳米发电机展现出优异的超疏水和电输出性能。分析其原因，一方面微纳多级结构的构建使得摩擦面面积增加，表面电荷量增大，另一方面通过构建微纳结构获得的超疏水特性使滴落在表面的水滴快速并尽可能完全滑落，动态接触-分离过程加深、加快，这都使得固-液摩擦纳米发电机的电输出性能显著增强。因此，本文提出的基于微纳多级表面的固-液摩擦纳米发电机有望在水能收集、自驱动传感等领域展现潜在的应用前景。表1固-液摩擦纳米发电机性能对比Table 1 Output performance comparison between reported water-solid contact TENGs and this workTribolayer materials used inContact angle/EnergysourceOutput voltage/VShort circuit current/ARef.water-solidcontactTENG()PVDF/BOPP135.2Pipewaterflow29.72.431PDMS-rGOnanocompositesurface116.9Water droplet2210-332 Water droplet9.317PTFE film with hierarchical micro-/16933 nanostructuresFlowing water(30 mL/s)一24ParyleneCsurfaceFlowing water(3.33 mL/s)234一一PDMShierarchical164Flowing water(8-10 mL/s)34520structuresSiO2/P(VDF-TrFE)158.1Flowing water(10.7 mL/s)361024 hierarchical structuresMicro/nanohierarchical surface158Flowing water(8mL/s)466.3This paper3结论（1）采用光刻和模塑成形工艺直接复刻微米尺度和纳米尺度模板的复合结构获得微纳多级表面，并可通过改变模板尺寸简易并精确调控结构尺寸，实现微纳复合多级表面的大面积、可调控、可扩展制造。（2）制造的微纳多级表面可通过抑制水滴浸入微柱结构的间隙使其与水滴的接触面积减小，最终展现出优异的超疏水特性：静态接触角为158、滚动角为2。（3）制造的微纳多级表面可通过增加摩擦面面积和增强表面疏水性使其水能收集特性显著提面中148表程国2023年升。当水流速度为8 mL/s时，基于微纳多级表面的固-液摩擦纳米发电机展现出优异的电输出性能：输出电压峰值约为46 V，短路电流峰值约为 6.3 A。参考文献1 FAN F R,TIAN Z Q,WANG Z L.Flexible triboelectricgeneratorJJ.Nano Energy,2012,1(2):328-334.2 XIANGS,TANGJ,YANGL,etal.Deeplearning-enabled real-time personal handwriting electronicskin with dynamic thermoregulatinggability.npjFlexible Electronics,2022,6(1):59.3 HU S,YUAN Z,LI R,et al.Vibration-driven triboelectricnanogenerator for vibration attenuation and conditionmonitoring for transmission linesJ.Nano Letters,2022,22(13):5584-5591.4 WANG Y,CHEN T,SUN S,et al.A humidity resistantand high performance triboelectric nanogenerator enabledbyvortex