Triboelectric and Piezoelectric Effects in a Combined Tribo‐Piezoelectric Nanogenerator Based on an Interfacial ZnO Nanostructure

纳米发生器 摩擦电效应 材料科学 压电 纳米结构 纳米棒 能量转换效率 开路电压 功率密度 复合材料 纳米技术 聚偏氟乙烯 压电系数 短路 电压 光电子学 功率(物理) 物理 量子力学 聚合物
作者
Xiya Yang,Walid A. Daoud
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:26 (45): 8194-8201 被引量:89
标识
DOI:10.1002/adfm.201602529
摘要

In this contribution, combined triboelectric and piezoelectric generators (TPEG) with a sandwich structure of aluminum‐polydimethylsiloxane/polyvinylidene fluoride composite‐carbon (Al‐PPCF‐Carbon) are fabricated for the purpose of mechanical energy harvesting. Improved by the surface modification of PPCF with zinc oxide (ZnO) nanorods through a hydrothermal method, the TPEG generates an open‐circuit voltage ( V oc ) of ≈40 V, a short‐circuit current ( I sc ) of 0.28 μA with maximum power density of ≈70 mWm −2 , and maximum conversion efficiency of 34.56%. Subsequently, in order to understand the transduction mechanism of the triboelectric and piezoelectric effects, analyses focusing on the potential composition ratio in the final output and the impact of ZnO interfacial nanostructure are carried out. The observed potential ratio between triboelectric and piezoelectric effects is 12.75:1 and the highest potential improvement by ZnO nanorods of 21.8 V is achieved by the TPEG fabricated with spacer. Finally, the relationships between the voltage, power density, conversion efficiency, and the external load resistances are also discussed. Overall, the fabricated TPEG is proved to be a simple and effective nanogenerator in mechanical energy conversion with enhanced output potential and conversion efficiency.
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