Nano Select:动态电荷转移过程研究的最新进展

基于摩擦纳米发电机(TENGs) 的自驱动无线传感器,可以利用环境能源为分布式无线传感器网络供能,在物联网时代将扮演不可或缺的角色。如何获得具有超过高表面电荷密度的材料,以及其物理机制是进一步提高TENGs性能的关键因素之一。TENGs的摩擦材料由于电荷转移过程的电荷在材料表面和内部随时间变化,这与驻极体中稳态电荷明显不同。利用这种不同,可以提高的摩擦纳米发电机输出性能,设计和制备新的摩擦纳米发电机材料。其中动态电荷转移过程是理解TENGs高性能起因和实现高表面电荷密度的关键。

最近,电子科技大学张岩教授课题组受邀在Nano Select上发表题为“Dynamical charge transfer for high‐performance triboelectric nanogenerators” 的综述性文章(DOI: 10.1002/nano.202000084),总结了动态电荷转移过程研究的最新进展。文章首先概述了提高TENGs输出能量的基本原理,从摩擦材料表面和内部动态电荷转移模型出发,建立高性能TENGs设计的动态电荷理论框架,并系统论述了表面电荷密度与传输时间、衰减系数、有效电荷之间的内在联系。通过选取几种典型的表面电荷密度增强机制,总结了衰减系数,转移时间和有效电荷在提高表面电荷密度方面的关键作用。文章还深入讨论了通过优化电荷分离距离进一步提高TENGs输出能量。最后,文章展望了动态电荷转移技术在应用领域所面临的挑战,并提出了开发超高表面电荷密度摩擦电材料的关键。作者希望这篇综述有助于读者更精准地了解高性能TENGs的研究动态以及所面临的挑战,为筛选高性能摩擦材料提供一种思考的新角度。