界面极化诱导高性能摩擦电子器件用高k聚合物介质膜

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:25
文章英文标题
Interfacial polarization-induced high-k polymer dielectric film for high-performance triboelectric devices
正文
摩擦电子器件的输出性能很大程度上取决于材料的介电常数对其表面电荷密度的影响。但与聚合物复合材料相反,在纯聚合物中,介电常数不能大幅度提高。本研究表明,双层聚合物薄膜中界面极化显著增强了其介电常数,增加了表面电荷密度和摩擦电性能。这是首次引入介电材料界面极化来提高摩擦电输出性能的报道。将聚甲基丙烯酸三氟乙酯( PTF )和聚赖氨酸( PLL )分别涂复于聚二甲基硅氧烷( PDMS )的弹性双层膜作为摩擦电介质的负极材料和正极材料应用于摩擦电介质器件中,通过界面极化,PTF - PDMS和PLL - PDMS双层膜的介电常数( 10   kHz下PTF - PDMS和PLL - PDMS双层膜的介电常数分别为24.4和15.2 )显著提高,从而使摩擦电介质的性能显著提高。为了证明概念,我们制作了一种温度敏感的摩擦电传感器和基于振动的摩擦电纳米发电机。该传感器在摩擦电传感器中表现出最高的温度灵敏度,而纳米发电机为LED的无整流运行提供了振动诱导的可持续电源,这归因于双层介质膜中电荷的积累。
文章内容(英文)
Output performance of triboelectric devices critically depends on their surface charge density that is greatly influenced by the dielectric constant of material. However, contrary to polymer composites, the dielectric constant cannot be substantially increased in pure polymers. This study shows that interfacial polarization in bilayer polymer films significantly enhances their dielectric constants, increasing the surface charge density and triboelectric performance. This is the first report of the introduction of interfacial polarization of dielectric materials for the enhancement of triboelectric output performance. The elastic bilayer films consisting of polydimethylsiloxane (PDMS) coated with poly (2,2,2-trifluoroethyl methacrylate) (PTF) and poly ( L -lysine) (PLL) as negative and positive triboelectric materials, respectively, are utilized in triboelectric devices, which show a dramatic increase in the dielectric constants (24.4 for PTF-PDMS and 15.2 for PLL-PDMS bilayers at 10 kHz) through interfacial polarization, resulting in significant enhancement of triboelectric performance when compared with hard single-layer films. For proofs of concept, we fabricated a temperature-sensitive triboelectric sensor and vibration-based triboelectric nanogenerator. The sensor showed the highest temperature sensitivities among triboelectric sensors whereas the nanogenerator provided vibration-induced sustainable power for LED operation without rectification, which was attributed to the charge accumulation in the bi-layered dielectric films.
来源出处
Journal|[J]Nano EnergyVolume 82, 2021.
DOI
https://doi.org/10.1016/J.NANOEN.2020.105697

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