空氣中廣泛存在的水分子導(dǎo)致摩擦納米發(fā)電機（TENGs）的表面電荷迅速衰減，致使低的輸出電能。為了提高TENGs在高濕環(huán)境下的表面電荷密度，研究人員選擇具有滲透性或超疏水功能的材料，抑制水分子在介電聚合物表面的吸附，從而減弱表面電荷耗散，或者選擇具有吸濕功能的材料，如凝膠材料、纖維素等，水分子可以有效地固定在介電聚合物表面，參與摩擦起電過程。然而，這些方法仍然受到材料帶電特性的限制，材料輸出表面電荷密度相對較低。
鑒于以上問題，近日，來自重慶大學(xué)胡陳果教授團隊提出了一種利用水分子誘導(dǎo)介電聚合物的自極化效應(yīng)來增強TENG的輸出電荷密度的新策略。相關(guān)成果以標(biāo)題為“Enhancement of output charge density of TENG in high humidity by water molecules induced self-polarization effect on dielectric polymers”發(fā)表在《Nano Energy》。重慶大學(xué)物理學(xué)院博士研究生王建為論文的第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（5207037、U21A20147）的資助。
該研究團隊提出了一種基于介電聚合物自極化效應(yīng)的電荷激勵TENG(SP-CE-TENG)，系統(tǒng)研究了具有不同強極性基團的極性材料的自極化效應(yīng)和高濕環(huán)境對自極化效應(yīng)的增強機理。首次發(fā)現(xiàn)除鐵電材料外，具有強極性基團的PU和PAN具有自極化效應(yīng)，實現(xiàn)了輸出電荷的自增加。更重要的是，在強電場下，研究發(fā)現(xiàn)水分子中的-OH基團與電介質(zhì)中的電負(fù)性基團(-N，-F等)之間形成氫鍵，氫鍵獨特的強極化特性進一步促進了電介質(zhì)材料的自極化過程。
圖1 SP-CE-TENG的結(jié)構(gòu)和電荷轉(zhuǎn)移機理。
圖2 不同極性材料的自極化與輸出電荷增強分析
原文鏈接；
Enhancement of output charge density of TENG in high humidity by water molecules induced self-polarization effect on dielectric polymers
Jian Wang, Huiyuan Wu,Shaoke Fu, Gui Li, Chuncai Shan, Wencong He, Chenguo Hu
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522009946
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