Direct-current triboelectricity generation by a sliding Schottky nanocontact on MoS2 multilayers

摩擦电效应 材料科学 纳米发生器 肖特基势垒 光电子学 肖特基二极管 导电原子力显微镜 电流密度 导电体 纳米技术 复合材料 二极管 原子力显微镜 量子力学 压电 物理
作者
Jun Liu,Ankur Goswami,Keren Jiang,Faheem Khan,Seokbeom Kim,Ryan McGee,Zhi Li,Zhiyu Hu,Jungchul Lee,Thomas Thundat
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:13 (2): 112-116 被引量:323
标识
DOI:10.1038/s41565-017-0019-5
摘要

The direct conversion of mechanical energy into electricity by nanomaterial-based devices offers potential for green energy harvesting 1–3 . A conventional triboelectric nanogenerator converts frictional energy into electricity by producing alternating current (a.c.) triboelectricity. However, this approach is limited by low current density and the need for rectification 2 . Here, we show that continuous direct-current (d.c.) with a maximum density of 106 A m−2 can be directly generated by a sliding Schottky nanocontact without the application of an external voltage. We demonstrate this by sliding a conductive-atomic force microscope tip on a thin film of molybdenum disulfide (MoS2). Finite element simulation reveals that the anomalously high current density can be attributed to the non-equilibrium carrier transport phenomenon enhanced by the strong local electrical field (105−106 V m−2) at the conductive nanoscale tip 4 . We hypothesize that the charge transport may be induced by electronic excitation under friction, and the nanoscale current−voltage spectra analysis indicates that the rectifying Schottky barrier at the tip–sample interface plays a critical role in efficient d.c. energy harvesting. This concept is scalable when combined with microfabricated or contact surface modified electrodes, which makes it promising for efficient d.c. triboelectricity generation. A large triboelectric direct current can be generated via the nanoscale sliding friction of a conductive-AFM tip on a MoS2 thin film.
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