光州科学技术研究所科学家利用碳颗粒提高摩擦电纳米发电机的功率输出

我们大多数人在穿上毛衣或走过地毯后触摸金属物体时，都感受到了静电的冲击。每当两种不同的材料(例如我们的身体和织物)相互接触时，电荷就会积聚， 从而发生这种情况。

2012年，来自和中国的科学家利用这种被称为“摩擦电效应”的现象，建造了一种摩擦电纳米发电机(TENG)，将未使用的机械能转化为有用的电能。他们的器件由两个带有金属电极的摩擦电聚合物薄膜组成，当它们聚集在一起并分离时，导致电荷分离和产生足以为小型电子设备供电的电压。

被视为潜在的可持续能量收集器，已经努力通过将电荷注入摩擦电薄膜的表面来提高TENG的功率输出。然而，电极中的电荷复合和材料表面的电荷斥力会阻止它们实现高表面电荷密度。

在这种背景下，由韩国光州科学技术研究所(GIST)的Chanho Pak教授领导的一组研究人员在最近的一项研究中开发了一种电荷约束层，该层管理摩擦电膜和电极之间注入电荷的转移，以提高摩擦电膜表面的电荷密度。本文于2022年3月16日在线提供，并于2022年5月18日发表在《小方法》第6卷第5期。

"在高性能TENG的设计中，将表面上的电荷输送到深层位置，同时减少电荷重组至关重要，“Pak教授说。为了制造这些层，研究人员使用电纺介孔碳球与聚偏二氟乙烯(PVDF)和尼龙层。碳球在表面上捕获电荷，按其特定表面积的升序排列，形成梯度电荷约束层。由于这种梯度排列，注入的电荷可以向电极漂移，但在到达电极之前被限制。“这些层运输和限制电荷，”Pak教授解释说。

通过将电荷从表面输送出去，这些层可以防止注入的电荷在摩擦电材料的表面上积聚和排斥，从而使其能够容纳更多的电荷。此外，将电荷限制在电极附近可防止由于复合引起的电荷损失，从而产生具有更高电荷密度的摩擦电表面。

随着电荷限制层的加入，研究人员将TENG的输出电压和电流分别提高了40倍和7倍。此外，通过将圆柱形TENG和电磁发生器相结合，它们实现了输出电流显着提高1300倍。

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