重庆大学胡陈果教授/山东大学刘宏教授团队《Adv. Funct. Mater.》：自激励摩擦纳米发电机中的超快速自极化效应

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虽然电荷激励是实现摩擦纳米发电机（TENG）高电荷密度的有效方法，但高输出电荷受到空气击穿的限制。由于电容器的结构，有两种方法可以减弱空气击穿对输出电荷的影响：减小介质膜厚度和增加介质膜的介电常数。显然，在应用中，增加介质膜的介电常数更可靠。

鉴于以上问题，近日，来自重庆大学胡陈果教授团队以及山东大学刘宏教授团队提出了一种自激励摩擦纳米发电机中利用介质膜的自极化效应来提升材料介电常数的新策略。相关成果以标题为“An Ultrafast Self-Polarization Effect in Barium Titanate Filled Poly(Vinylidene Fluoride) Composite Film Enabled by Self-Charge Excitation Triboelectric Nanogenerator”发表在《Advanced Functional Materials》。重庆大学物理学院博士研究生王建以及硕士研究生吴汇源为论文的第一作者。该研究得到了国家自然科学基金（5207037、62004017、U21A20147）的资助。

该研究团队设计了一种由悬浮金属电极共享的双层TENG结构，并通过倍压电路在悬浮电极上注入电荷。通过悬浮电极产生的强电场，在钛酸钡填充聚偏氟乙烯复合薄膜中发现了超快自极化效应。通过对比分析发现，自激励TENG的介电复合薄膜极化至饱和的速度比外激励TENG快3倍左右。 由于介电复合膜的自极化现象提高了薄膜的介电常数，在相对湿度为40%的环境中，其输出电荷密度可达1.67 mC m^-2。本研究为理解电介质中分子的极化行为和进一步优化自激励中 TENG 的输出性能提供了新的见解。

图1  SP-TENG的结构和工作原理。

图2  自极化与输出电荷增强分析

图3 优化SP-TENG的输出性能。

图4  SP-TENG 与 BTO-PVDF 复合膜的最佳性能。

图5  SP-TENG的应用演示。

原文链接；

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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