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manbetx手机版登录注册胡陈果教授课题组在Advanced Materials上发表研究成果

作者:点击次数:更新时间:2022年02月25日

 

近期,manbetx手机版登录注册胡陈果教授课题组在Advanced Materials上发表了题目为《电荷激励摩擦纳米发电机中极性高介电材料的自极化实现超高输出电荷密度》(Achieving Remarkable Charge Density via Self-Polarization of Polar High-k Material in a Charge-Excitation Triboelectric Nanogenerator) 的研究论文。重庆大学为第一单位,重庆大学硕士生吴汇源和博士生贺文聪为共同第一作者,重庆大学胡陈果教授和北京大学刘文林博士后为共同通讯作者。

近年来,作为一种新的能量收集技术,基于摩擦起电和静电感应耦合的摩擦电纳米发电机(TENG)因其成本低、材料选择范围广、重量轻,并且在低频能量采集的显著优势,而受到广泛关注。然而,限制TENG广泛应用和商业化的一个核心问题是其输出功率较低,这是由输出电荷密度较低导致的。在以前的工作中,研究人员已经做了一系列的工作来提高TENG的输出电荷密度,例如材料选择,摩擦层改性,控制环境条件,电荷泵浦,电荷激励等。目前,虽然TENG的输出电荷密度已提高到了一定值,但仍然不能够很好的满足给高功率器件供电的这一难题。因此,进一步提高具有稳定输出的电荷密度对于TENG的开发和应用有着重要意义。

该工作首次研究并提出了极性高介电材料自极化效应。通过利用电荷激励产生的定向高电场成功地使极性复合膜中的偶极矩沿电场方向偏转。同时,在钢片电极与复合膜的周期性接触分离过程中,具有压电性能的复合膜会持续受到碰撞应力,这进一步提高了偶极矩的偏转速度。因此,极性复合膜在电荷激励摩擦纳米发电机的工作过程中实现了自极化,并有效地提高了复合膜的实际相对介电常数,从而显著地增加了TENG的电荷密度。最终,成功地获得了稳定的超高输出电荷密度3.53 mC m-2。这项工作为薄膜极化提供了一个简单有效的方法,也对进一步提高TENGs的输出具有重要的启发意义。

原文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202109918

图中所示为极性材料自极化效应的示意图和原理