Enhanced Droplet Triboelectric Nanogenerator via Interfacial Engineering for Raindrop Energy Harvesting and pH Monitoring

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作者
Z. Zhang,Jiao Wang,Yang Liu
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:42 (13): 9239-9247
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c06538
摘要

Droplet triboelectric nanogenerators (D-TENGs) hold significant promise for ambient energy harvesting, yet their insufficient output limits practical application. This study proposes an interfacial engineering strategy employing fluorosilane-modified SiO2 (F-SiO2) to enhance the performance of conventional D-TENG based on polytetrafluoroethylene. The constructed F-SiO2-coated droplet TENG (FSD-TENG) exhibits superior hydrophobicity compared to conventional D-TENG, achieving a contact angle of 152.3°. The FSD-TENG achieves an open-circuit voltage of 201.7 V, which is 5.8 times higher than that of untreated devices, and delivers an output power of 2.1 mW, representing a 7-fold improvement over conventional D-TENG. Its practical potential is demonstrated by illuminating 300 LEDs upon a single droplet impact. Furthermore, the FSD-TENG's output characteristics exhibit a strong correlation with droplet pH. Leveraging multi-feature fusion of voltage and current signals, we developed a raindrop pH monitoring system. This system accurately identifies raindrop pH via FSD-TENG's output, with a neural network achieving 95% identification accuracy within pH 3-7 after 20 training epochs. Consequently, the FSD-TENG-based monitoring system not only provides novel data support for digital twin technology but also pioneers innovative pathways for environmental monitoring, showcasing a complete technological chain from fundamental research to practical implementation.
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