Antagonistically Functionalized Diatom Biosilica for Bio‐Triboelectric Generators

摩擦电效应 材料科学 聚二甲基硅氧烷 纳米技术 复合数 表面改性 化学工程 复合材料 工程类
作者
Araz Rajabi‐Abhari,Jeehee Lee,Rassoul Tabassian,Jong‐Nam Kim,Haeshin Lee,Il‐Kwon Oh
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (20): e2107638-e2107638 被引量:22
标识
DOI:10.1002/smll.202107638
摘要

Although biomaterial-based triboelectric nanogenerators (Bio-TENGs) for use in wearable electronics and implantable sensors have been developed, power generation is not suitable for satisfying the basic requirements for practical applications. Here, to greatly enhance output performances of Bio-TENG devices, an antagonistic approach of diatom frustules (DFs) with amine and fluorine chemical functionalizations is reported. The DFs are treated with piranha solution to increase the density of hydroxyl groups and tribo-positive and tribo-negative composite films are designed with antagonistically functionalized DFs. The tribo-positive composites having electron donating functionality consist of aminated DFs and cellulose nanocrystals (CNCs), while the tribo-negative composite is composed of fluorinated DFs and polydimethylsiloxane (PDMS). An antagonistically and chemically functionalized TENG (ACF TENG) with an efficient contact area of 9.6 cm2 under a force of 8 N and a frequency of 5 Hz exhibits an output voltage of 248 V, a short-circuit current of 16.4 µA, and a power density of 2.01 W m-2 , which is 16.6 times higher than a reference (CNC:PDMS) TENG. This study shows a simple antagonistic approach for chemical functionalization as an efficient method to manipulate the tribo-polarity of bio-additives for enhancing power generation of Bio-TENGs.
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