Conversion of Dielectric Surface Effect into Volume Effect for High Output Energy

摩擦电效应 材料科学 电介质 接触带电 复合材料 纳米发生器 光电子学 压电
作者
Shaoke Fu,Huiyuan Wu,Wencong He,Qianying Li,Chuncai Shan,Jian Wang,Yan Du,Shihe Du,Zhengyong Huang,Chenguo Hu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (40) 被引量:113
标识
DOI:10.1002/adma.202302954
摘要

Improving the output energy and durability of triboelectric nanogenerators (TENGs) remains a considerable challenge for their practical applications. Owing to the interface effect of triboelectrification and electrostatic induction, thinner films with higher dielectric constants yield a higher output; however, they are not durable for practical applications. Herein, the dielectric surface effect is changed into a volume effect by adopting a millimeter-thick dielectric film with an inner porous network structure so that charges can hop in the surface state of the network. Charge migration inside the dielectric film is the key factor affecting the output of the triboelectric nanogenerator (TENG) with a thick film, based on which each working stage follows the energy-maximization principle in the voltage-charge plot. The maximum peak and average power densities of the TENG with polyurethane foam film in 1 mm thickness reach 40.9 and 20.7 W m-2 Hz-1 , respectively, under environmental conditions, and the output charge density is 5.14 times that of TENGs with a poly(tetrafluoroethylene) film of the same thickness. Superdurability is achieved in the rotary-mode TENG after 200 000 operation cycles. This study identifies the physical mechanism of the thick dielectric film used in TENGs and provides a new approach to promote the output and durability of TENGs.
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