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重慶大學胡陳果教授/山東大學劉宏教授團隊《Adv. Funct. Mater.》：自激勵摩擦納米發(fā)電機中的超快速自極化效應
2022-06-25  來源：高分子科技

  雖然電荷激勵是實現(xiàn)摩擦納米發(fā)電機（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。由于電容器的結構，有兩種方法可以減弱空氣擊穿對輸出電荷的影響：減小介質膜厚度和增加介質膜的介電常數(shù)。顯然，在應用中，增加介質膜的介電常數(shù)更可靠。


 

  鑒于以上問題，近日，來自重慶大學胡陳果教授團隊以及山東大學劉宏教授團隊提出了一種自激勵摩擦納米發(fā)電機中利用介質膜的自極化效應來提升材料介電常數(shù)的新策略。相關成果以標題為“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》。重慶大學物理學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。該研究得到了國家自然科學基金（5207037、62004017、U21A20147）的資助。


  該研究團隊設計了一種由懸浮金屬電極共享的雙層TENG結構，并通過倍壓電路在懸浮電極上注入電荷。通過懸浮電極產生的強電場，在鈦酸鋇填充聚偏氟乙烯復合薄膜中發(fā)現(xiàn)了超快自極化效應。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，自激勵TENG的介電復合薄膜極化至飽和的速度比外激勵TENG快3倍左右。 由于介電復合膜的自極化現(xiàn)象提高了薄膜的介電常數(shù)，在相對濕度為40%的環(huán)境中，其輸出電荷密度可達1.67 mC m-2。本研究為理解電介質中分子的極化行為和進一步優(yōu)化自激勵中 TENG 的輸出性能提供了新的見解。


圖1  SP-TENG的結構和工作原理。


 圖2  自極化與輸出電荷增強分析


 圖3 優(yōu)化SP-TENG的輸出性能。


 圖4  SP-TENG 與 BTO-PVDF 復合膜的最佳性能。


 圖5  SP-TENG的應用演示。


  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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（責任編輯：xu）
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