AFM: Poly-DADMAC功能化聚氧化乙烯复合纳米纤维垫, 作为摩擦纳米发电机和自供电压力传感器的高正极材料

摩擦纳米发电机（TENG）是一种用于自供电传感器和振动驱动能量收集的前景广阔的技术，其发展尤其受到摩擦材料特性的影响。然而，开发具有强阳离子效应和高给电子能力的摩擦正极材料仍具有挑战性。本研究利用静电纺丝技术成功制备了一种新型聚氧化乙烯@聚（二烯丙基二甲基氯化铵）（PEO@Poly-DADMAC）复合纳米纤维垫（NFM）。它是一种高摩擦正材料，尤其能提高纳米纤维基TENG（NF-TENG）的性能。通过对其物理和摩擦电特性的研究发现，将阳离子Poly-DADMAC与PEO结合可有效提高NF-TENG的介电常数（两倍）、给电子亲和力和表面电荷捕获能力，从而提高NF-TENG的输出功率。制造出的NF-TENG具有出色的输出性能，可产生980 V的电压，最大功率密度为5.6 Wm-2，灵敏度高达8.923 V kPa-1，具有供电和传感能力的复合可靠性。更重要的是，基于PEO@Poly-DADMAC和NF-TENG阵列的自供电运动传感器在运动员活动跟踪和无线游戏界面控制等多功能应用中得到了成功验证。这项研究不仅为优化性能和选择替代摩擦材料提供了新的见解，还为开发高输出TENG和高灵敏度自供电传感器提供了宝贵的指导。

图文简介

综合研究NFM、材料、器件性能

NF-TENG在87 kPa压力和40%湿度条件下的电气特性

该NF - TENG的输出性能≈87 kPa压力和40 %湿度，工作频率为4 Hz。a ) NF - TENG的输出负载电压和电流在不同外部负载电阻下的变化。b )具有外部负载电阻的输出功率，突出了匹配阻抗在10 MΩ的条件。c ) NF-TENG在10 MΩ外部匹配负载下的输出电压波形。d ) NF-TENG的输出功率密度与最近报道的使用摩擦正电( PEO )复合材料的TENG进行比较。NF-TENG在4 Hz频率、87 kPa ( e )电压波形下的恒定性和耐久性测试约为20 000次；稳定电压波形的缩放视图。

在相对湿度为 40% 的条件下，NF-TENG用作实时压力传感器的示意图

图示NF-TENG作为自维持能量源，通过清除生物力学能量为低功耗便携式电子产品供电，同时实现自供电的人体活动监测，并支持游戏控制器的无线功能。

论文信息

通讯作者：Jae Yeong Park