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  制造高電荷密度的摩擦電聚合物是制造摩擦電納米發(fā)電機(jī)（TENG）的關(guān)鍵任務(wù)。本項(xiàng)工作開發(fā)了一種淬火極化（QP）方法，可以在具有弱偶極性的摩擦電聚合物上產(chǎn)生超高和長期持久的摩擦電荷。QP處理的乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）薄膜在垂直接觸—分離TENG中可以達(dá)到391μC·m^-2的電荷密度，比最廣泛使用的電暈極化方法高出200%。另外，基于產(chǎn)生的晶粒細(xì)化和界面電荷捕獲現(xiàn)象，研究了QP改善摩擦電性能的機(jī)理。QP-ECTFE在固體—固體和固體—液體TENG中都表現(xiàn)出的超高電荷密度，并且電荷的持久性產(chǎn)生了以前從未觀察到的固液TENG的可恢復(fù)放電現(xiàn)象。這種QP方法為制造高性能摩擦電材料提供了一種全新的方法，并加深了對(duì)摩擦電聚合物帶電機(jī)制的理解。

圖1：淬火極化展示的超高電荷密度

圖2：經(jīng)處理和未經(jīng)處理的ECTFE薄膜的表征

圖3：QP-ECTFE制作的固液TENG的原理和性能演示

  QP-ECTFE的優(yōu)異摩擦電性能不僅體現(xiàn)在固固接觸起電中，在固體-液體接觸起電中也有優(yōu)異的表現(xiàn)。值得注意的是，先前報(bào)道的電暈和熱極化方法不能有效地產(chǎn)生液固TENG中的持久摩擦電荷，特別是在放電模式下，表面電荷很容易被液滴中的離子中和。圖3a和圖3b展示了這種放電型固液TENG的原理，整個(gè)過程可以概括為：在水滴擴(kuò)散的瞬間，正電荷從底部電極快速移動(dòng)到放電電極，從而形成放電電流。放電電流在每個(gè)接觸循環(huán)中的逐漸減小，是由于水中離子對(duì)ECTFE表面的電荷中和有關(guān)。圖3c顯示了帶有外部負(fù)載的固液TENG的短路電流和峰值功率密度，以水滴的最大擴(kuò)散面積（Amax）作為有效接觸面積，計(jì)算功率密度。在第一個(gè)循環(huán)中，QP-ECTFE TENG的最大峰值功率密度達(dá)到75.27 W·m^?2，負(fù)載為10 MΩ。此外，當(dāng)液滴連續(xù)接觸ECTFE時(shí)，表面電荷密度將迅速降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3d所示，第四滴的電流是第一滴的56%，是第三滴的4.4倍。與第三水滴相比，由第四水滴產(chǎn)生的超過電流被稱為恢復(fù)電荷。同時(shí)，部分電荷永遠(yuǎn)無法再恢復(fù)，因?yàn)樗呀?jīng)被界面上水中的離子中和。圖3e和3f顯示了QP-ECTFE固液TENG的自恢復(fù)能力和高電荷密度，該發(fā)電機(jī)可以通過一滴水點(diǎn)亮450多個(gè)LED，然后，將薄膜放置在空氣中5分鐘，表面電荷密度的恢復(fù)率可以達(dá)到60%，并且仍然可以點(diǎn)亮超過450 個(gè)LED。然而，經(jīng)CP處理的ECTFE在第一個(gè)循環(huán)中只能點(diǎn)亮40個(gè)LED，并在接下來的循環(huán)中快速衰減�？傊�，QP-ECTFE不僅在傳統(tǒng)的固體-固體TENG中表現(xiàn)出超高的電荷密度，而且在固液TENG應(yīng)用中也表現(xiàn)出可恢復(fù)的放電現(xiàn)象。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202302164