Electrospun PVDF-TrFE/MXene Nanofiber Mat-Based Triboelectric Nanogenerator for Smart Home Appliances

摩擦电效应 材料科学 纳米发生器 纳米纤维 纳米复合材料 复合材料 电介质 能量收集 压电 光电子学 功率(物理) 物理 量子力学
作者
S M Sohel Rana,M. Toyabur Rahman,Md Salauddin,Sudeep Sharma,Pukar Maharjan,Trilochan Bhatta,Hyunok Cho,Chani Park,Jae Yeong Park
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (4): 4955-4967 被引量:423
标识
DOI:10.1021/acsami.0c17512
摘要

Understanding of the triboelectric charge accumulation from the view of microcapacitor formation plays a critical role in boosting the output performance of the triboelectric nanogenerator (TENG). Here, an electrospun nanofiber-based TENG (EN-TENG) using a poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (PVDF-TrFE)/MXene nanocomposite material with superior dielectric constant and high surface charge density is reported. The influence of dielectric properties on the output performance of the EN-TENG is investigated theoretically and experimentally. The fabricated EN-TENG exhibited a maximum power density of 4.02 W/m2 at a matching external load resistance of 4 MΩ. The PVDF-TrFE/MXene nanocomposite improved the output performance of the EN-TENG fourfold. The EN-TENG successfully powered an electronic stopwatch and thermo-hygrometer by harvesting energy from human finger tapping. Moreover, it was utilized in smart home applications as a self-powered switch for controlling electrical home appliances, including fire alarms, fans, and smart doors. This work presents an effective and innovative approach toward self-powered systems, human-machine interfaces, and smart home applications.
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