Effects of Metal Work Function and Contact Potential Difference on Electron Thermionic Emission in Contact Electrification

工作职能 热离子发射 材料科学 接触带电 电介质 电子转移 电子 纳米发生器 金属 化学物理 纳米技术 原子物理学 光电子学 冶金 物理化学 复合材料 摩擦电效应 化学 物理 量子力学 压电
作者
Cheng Xu,Binbin Zhang,Aurelia Chi Wang,Wenzhe Cai,Yunlong Zi,Peizhong Feng,Zhong Lin Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:29 (29) 被引量:110
标识
DOI:10.1002/adfm.201903142
摘要

Abstract Triboelectric nanogenerator (TENG) is a direct measure of the surface charge density, thus providing a novel and powerful tool to study the essential mechanism of contact electrification (CE). A variety of TENGs including a Pt‐Al 2 O 3 TENG, Au‐Al 2 O 3 TENG, Ti‐Al 2 O 3 TENG, Al‐Al 2 O 3 TENG, and SiO 2 ‐Al 2 O 3 TENG are prepared in this study. After introducing initial charges on the Al 2 O 3 surface of the TENGs, the long‐term evolution of surface charge quantity is investigated at different temperatures. The results show that charge variation of all the TENGs is analogous to exponential decay and is in accord with the thermionic emission model, verifying the electron transfer dominated mechanism of CE. Additionally, it is explored for the first time that the potential barrier of materials can be regulated by changing the contacting metals or dielectrics. Regulation of the barrier at high temperatures fully excludes the influence of ions from moisture and functional groups, which further indicates the dominant role played by electron transfer in CE. Surface state models for explaining barrier regulation during CE for both metal–dielectric and dielectric–dielectric pairs are proposed. This study provides a new perspective of the exploration of CE, and a novel method for further increasing or rapidly eliminating electrification of charged materials.
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