Boosted triboelectric output performance in g-C3N4 embedded P(VDF-TrFE) composite via a coupling of photocarrier and ferroelectric dipole

摩擦电效应 材料科学 纳米发生器 铁电性 光电子学 复合数 电介质 复合材料 压电
作者
Dheeraj Kumar,Da Woon Jin,Dong Geun Jeong,Dae Sol Kong,Ying Hu,Seoyeon Ko,Kyu‐Tae Lee,Seokhyun Yoon,Jeong Young Park,Jong Hun Kim,Jong Hoon Jung
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:122: 109320-109320 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109320
摘要

Innovative material design is one of the most plausible routes to sufficiently enhance triboelectric outputs for self-powered electronic devices. Herein, we reported a g-C3N4 embedded P(VDF-TrFE) composite as a strong candidate for boosting the output power via simultaneous harvesting of mechanical and light energies. Visible light-responsive g-C3N4 nanosheets are chemically bonded to the ferroelectric P(VDF-TrFE) polymer and increase the ferroelectric polarization and dielectric constant of the composite. Kelvin probe force microscopy and photoluminescence measurements reveal that the enhanced triboelectric output is related to the increased workfunction, the reduced recombination rate of electron-hole pairs, and the band bending-induced photocarrier movement. The up-poled g-C3N4@P(VDF-TrFE) composite-based photoactive triboelectric nanogenerator (PA-TENG) generates a power (power density) of 2.0 mW (0.125 mW/cm2) under a blue light illumination, which is 10 times larger than PA-TENG under a dark condition and 54 times larger than bare P(VDF-TrFE)-based TENG. The output power is continued for at least up to 1.5 months in ambient conditions and is enough to power light-emitting diodes, a thermo-hygrometer, and a digital watch, which would be quite useful for individuals in the dark underground. This work provides a novel approach to boost the triboelectric output via a coupling of photocarrier and ferroelectric dipole and a useful hint to realize self-powered small electronics for safety issues in dark environments like caves and tunnels.
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