Dielectric Polarization‐Driven Energy Amplification in 2D Nanostructure‐Embedded PVC Gel TENGs for Tribo‐Resistive Sensing Applications

材料科学 电介质 光电子学 电容感应 摩擦电效应 石墨烯 聚合物 离子 消散 耗散因子 氧化物 泄漏(经济) 离子键合 极性(国际关系) 纳米技术 图层(电子) 介电损耗 压力传感器 阳极 高-κ电介质 离子液体 活动层 电容 电极 储能 双层(生物学)
作者
Hyosik Park,Gerald Selasie Gbadam,Cheoljae Lee,Hyeonseo Joo,Sujeong Gwak,Orlando J. Rojas,Ju‐Hyuck Lee
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:: e09645-e09645
标识
DOI:10.1002/smll.202509645
摘要

ABSTRACT Plasticized poly(vinyl chloride) (PVC) gels are prototypical soft ionic polymers that combine strongly negative charge polarity with inherently high permittivity; however, their mobile ions impose substantial dielectric loss and leakage currents, which limit the output of triboelectric nanogenerators (TENGs). Here, graphene oxide (GO) nanosheets are embedded as 2D capacitive layers in a PVC gel, where they immobilize excess ions and add interfacial polarization, giving a dielectric constant of 32 at 1 kHz while lowering the dissipation factor (tan δ) by 65% relative to the pristine gel. The optimized GO‐doped gel TENG delivers 282 V, 20.1 µA, and 612 µW/cm 2— approximately 2.3, 2.0, and 2.5 times the values of the pristine PVC gel, respectively. A single GO‐PVC gel layer simultaneously functions as both dielectric and electrode, powering a self‐powered tribo‐resistive sensor that pinpoints pressures up to 800 kPa over a 5 × 5 virtual grid, with a spatial resolution of ≈ 1.8 mm and pressure sensitivities of 194 mV/kPa (0–200 kPa) and 25 mV/kPa (200–800 kPa). By suppressing ion‐driven loss while amplifying polarization, this 2D capacitive‐layer strategy is transferable to other ionic‐gel systems—including ionic‐liquid gels and ionomers—charting a versatile route toward high‐output soft TENGs for energy‐autonomous wearables and electronic skin.
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