(1）研究背景：

废弃热塑（EPS）广泛用于包装与绝缘，难降解且易散落，不当处理会释放有害挥发物，但其非极性结构与苯环赋予高摩擦负电性和介电优势，是待开发电子材料。现有回收或生物基摩擦电材料虽可再生、可降解，却常受机械强度不足、湿度敏感、表面化学不均、长期稳定性有限及表面电荷密度偏低等制约，难以兼顾输出与规模化。静电纺丝可构建高比表面积纳米纤维，并在高压电场下诱导偶极取向，有望提升电荷积累、转移与电子亲和，为废弃EPS高值化用于摩擦纳米发电机提供依据。

（2）主要内容：

本文提出废物到智能系统策略，将废弃热塑经静电纺丝制成EPS纳米纤维，用作摩擦负电层，构建垂直接触-分离式摩擦纳米发电机，并系统研究其结构、电子性质与器件性能。工作强调纳米尺度电子性质调控，验证静电纺丝诱导的偶极取向与增强电子亲和，建立纳米纤维结构与摩擦电性能关联。器件在不同面积与频率下测试，并与常用摩擦电聚合物在相同条件下比较，展示输出优势。进一步开展长期循环、老化、湿度与温度稳定性评估，并将器件集成到自供电数字电梯界面，借助机器学习实现抗噪人机交互。

（3）研究设计：

实验以废弃EPS为原料，溶于甲苯形成透明溶液，经静电纺丝沉积在铝箔上，获得纳米纤维摩擦负电层；铝箔同时作电极和摩擦正层，两摩擦层由柔性PET支撑，器件采用垂直接触-分离模式，保留气隙以利于往复接触。智能传感器将铝与EPS纳米纤维分区布置，形成可按压定位的开关结构。电学测试由可编程线性电机施加周期激励，示波器记录开路电压与短路电流，考察频率、面积和负载影响。信号经微控制器采样，滑窗分段后提取均值、标准差、峰值、最小值和均方根等特征，再用随机森林分类，实现实时识别。

（4）结果：

FTIR与Raman确认EPS保留聚苯乙烯特征芳香与脂肪结构，苯环π体系利于稳定表面电子，解释其摩擦负电性。SEM显示纳米纤维形成互联网络，元素分布均匀；AFM显示粗糙表面与纳米凸凹，KPFM表明功函和表面电位较高，电子亲和增强，归因于纺丝诱导偶极取向。电学测试中，纳米纤维器件输出优于膜器件，也优于PET、PDMS、PTFE等对照；输出随面积和频率增加而提升，负载匹配时出现功率峰。长期连续循环、老化及温湿度测试表明器件总体稳定，高湿下性能衰减，与吸湿和铝氧化有关。AI分类可可靠区分触发。

（5）思路延伸：

该工作把废弃热塑回收、纳米纤维结构调控、摩擦电能量采集与机器学习信号识别整合为自供电智能界面，突出纳米尺度电子性质与宏观器件性能的关联。其意义不止于能量收集演示，而在于为废弃塑料高值化利用提供可扩展路径，并展示自供电传感在智能建筑、物联网节点、人机交互与电梯控制等场景的潜力。后续可进一步优化纤维形貌、表面化学、封装与电极稳定性，提升高湿环境适应性，探索多材料复合与阵列化设计，以增强信号鲁棒性和系统集成度，推动可持续智能电子系统发展。

DOI：10.1002/advs.77972

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