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重慶大學(xué)胡陳果教授/山東大學(xué)劉宏教授團(tuán)隊(duì)《Adv. Funct. Mater.》：自激勵(lì)摩擦納米發(fā)電機(jī)中的超快速自極化效應(yīng)
2022-06-25  來(lái)源：高分子科技

  雖然電荷激勵(lì)是實(shí)現(xiàn)摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）高電荷密度的有效方法，但高輸出電荷受到空氣擊穿的限制。由于電容器的結(jié)構(gòu)，有兩種方法可以減弱空氣擊穿對(duì)輸出電荷的影響：減小介質(zhì)膜厚度和增加介質(zhì)膜的介電常數(shù)。顯然，在應(yīng)用中，增加介質(zhì)膜的介電常數(shù)更可靠。


 

  鑒于以上問(wèn)題，近日，來(lái)自重慶大學(xué)胡陳果教授團(tuán)隊(duì)以及山東大學(xué)劉宏教授團(tuán)隊(duì)提出了一種自激勵(lì)摩擦納米發(fā)電機(jī)中利用介質(zhì)膜的自極化效應(yīng)來(lái)提升材料介電常數(shù)的新策略。相關(guān)成果以標(biāo)題為“An Ultrafast Self-Polarization Effect in Barium Titanate Filled Poly(Vinylidene Fluoride) Composite Film Enabled by Self-Charge Excitation Triboelectric Nanogenerator”發(fā)表在《Advanced Functional Materials》。重慶大學(xué)物理學(xué)院博士研究生王建以及碩士研究生吳匯源為論文的第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（5207037、62004017、U21A20147）的資助。


  該研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種由懸浮金屬電極共享的雙層TENG結(jié)構(gòu)，并通過(guò)倍壓電路在懸浮電極上注入電荷。通過(guò)懸浮電極產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)，在鈦酸鋇填充聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜中發(fā)現(xiàn)了超快自極化效應(yīng)。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，自激勵(lì)TENG的介電復(fù)合薄膜極化至飽和的速度比外激勵(lì)TENG快3倍左右。 由于介電復(fù)合膜的自極化現(xiàn)象提高了薄膜的介電常數(shù)，在相對(duì)濕度為40%的環(huán)境中，其輸出電荷密度可達(dá)1.67 mC m-2。本研究為理解電介質(zhì)中分子的極化行為和進(jìn)一步優(yōu)化自激勵(lì)中 TENG 的輸出性能提供了新的見(jiàn)解。


圖1  SP-TENG的結(jié)構(gòu)和工作原理。


 圖2  自極化與輸出電荷增強(qiáng)分析


 圖3 優(yōu)化SP-TENG的輸出性能。


 圖4  SP-TENG 與 BTO-PVDF 復(fù)合膜的最佳性能。


 圖5  SP-TENG的應(yīng)用演示。


  原文鏈接；

  An Ultrafast Self-Polarization Effect in Barium Titanate Filled Poly(Vinylidene Fluoride) Composite Film Enabled by Self-Charge Excitation Triboelectric Nanogenerator

  Jian Wang, Huiyuan Wu, Zhao Wang, Wencong He, Chuncai Shan, Shaoke Fu, Yan Du, Hong Liu, and Chenguo Hu

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202204322

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（責(zé)任編輯：xu）
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