Quantifying Dielectric Material Charge Trapping and De‐Trapping Ability Via Ultra‐Fast Charge Self‐Injection Technique

材料科学 俘获 电介质 摩擦电效应 电荷(物理) 电荷密度 激发 光电子学 复合材料 电气工程 物理 生态学 量子力学 生物 工程类
作者
Shuyan Xu,Jian Wang,Huiyuan Wu,Qionghua Zhao,Gui Li,Shaoke Fu,Chuncai Shan,Kaixian Li,Zhiyi Zhang,Chenguo Hu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (19): e2312148-e2312148 被引量:40
标识
DOI:10.1002/adma.202312148
摘要

Abstract Recently, utilizing the air breakdown effect in the charge excitation strategy proves as an efficient charge injection technique to increase the surface charge density of dielectric polymers for triboelectric nanogenerators (TENGs). However, quantitative characterization of the ability of dielectric polymers to trap reverse charges and the effect on the startup time of secondary self‐charge excitation (SSCE) are essential for extensive applications. Here, an ultra‐fast charge self‐injection technique based on a self‐charge excitation strategy is proposed, and a standard method to quantify the charge trapping and de‐trapping abilities of 23 traditional tribo‐materials is introduced. Further, the relationship among the distribution of dielectric intrinsic deep, shallow trap states, and transportation of trapped charges is systematically analyzed in this article. It shows that the de‐trapping rate of charges directly determines the reactivation and failure of SSCE. Last, independent of TENG contact efficiency, an ultra‐high charge density of 2.67 mC m −2 and an ultra‐fast startup time of SSCE are obtained using a 15 µm poly(vinylidene fluoride‐trifluoroethylene) film, breaking the historical record for material modification. As a standard for material selection, this work quantifies the charge trapping and de‐trapping ability of the triboelectric dielectric series and provides insights for understanding the charge transport in dielectrics.
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