孔隙调制的压电-三波电混合纳米发电机用于感知小能量冲击

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:29
文章英文标题
Porosity modulated piezo-triboelectric hybridized nanogenerator for sensing small energy impacts
正文
增强纳米发电机的性能是纳米发电机和自发电系统领域的主要研究热点之一。本手稿展示了将摩擦电纳米发电机和压电纳米发电机( TENG-PENG )结合在一起,通过制备杂化纳米发电机来增强电输出。此外,还采用了一种表面改性工艺,用聚二甲基硅氧烷( PDMS )聚合物和钛酸钡( BaTiO3 )颗粒共同构筑多孔复合膜。输出通过复合膜的表面电位及其驱动时复合膜的压电性能产生。正负摩擦电层为铝和多孔PDMS- BaTiO3复合薄膜。当负载电阻为100 M Ω时,PDMS-TiO3 ( 10 wt % )多孔复合膜基器件[ P-DMHG4 ]具有最高的电输出280   V和5.6 µ A,瞬时面积功率密度为0.040   mW / cm2。P-DMHG装置能够充电一个电容,有效地驱动了低功耗电子器件,并成功地演示了其作为自供电冲击传感器的作用。冲击传感器通过在自行车头盔上放置多个位置进行实时测试,并进行机械冲击检查。在较低的能量冲击水平下,器件表现出2.101   V / cm的良好灵敏度。试验证明,该装置可以成为传感器领域的潜在候选设备,可以很快将该装置用于医疗、工业和体育等领域的应用。
文章内容(英文)
Enhancing the performance of the nanogenerator is one of the main focuses in the field of nanogenerators and self-powered systems. The present manuscript shows the enhancement of electrical output by the fabrication of a hybridized nanogenerator by combining both triboelectric and piezoelectric nanogenerators (TENG-PENG). In addition, a surface modification process is employed by creating a porous composite film with polydimethylsiloxane (PDMS) polymer and barium titanate (BaTiO 3 ) particles. The output generates through the surface potential of the composite film and piezoelectric property of the composite film upon its actuation. The positive and negative triboelectric layers are Aluminum and porous PDMS-BaTiO 3 composite films. The PDMS-BaTiO 3 (10 wt%) porous composite films-based device [designated as P-DMHG 4] generates the highest electrical output 280 V and 5.6 µA with the instantaneous area power density of 0.040 mW/cm 2 at a load resistance of 100 MΩ. The P-DMHG device was capable of charging a capacitor which effectively drives the low power electronic devices and successfully demonstrated to act as a self-powered impact sensor. The impact sensor tested in real-time by placing at multiple positions on a bicycle helmet and checked upon mechanical impacts. The device shows a good sensitivity of 2.101 V/cm at a lower energy impact level. The tests prove that the device can be a potential candidate in the field of sensors and can employ the device for health care, industrial and sports applications soon.
来源出处
Journal|[J]Applied Materials TodayVolume 22, 2021.
DOI
https://doi.org/10.1016/j.apmt.2020.100900

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