用于高性能互补型摩擦电纳米发电机和自供电传感器的超临界CO2发泡生成的无皮多孔薄膜

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:46
文章英文标题
Skinless porous films generated by supercritical CO2 foaming for high-performance complementary shaped triboelectric nanogenerators and self-powered sensors
正文
寻找一种新的、可持续的、可扩展的方法来制造高性能、耐用的摩擦电纳米发电机( TENGs )是一个正在进行的追求。本研究采用表面约束超临界二氧化碳( scCO2 )发泡法制备无皮多孔热塑性聚氨酯( TPU )薄膜,作为一种新型的摩擦摩擦材料。无皮多孔结构使输出电压和电流分别提高了340 %和460 %。当凹形结构多孔TPU薄膜与凸形结构聚二甲基硅氧烷( PDMS )薄膜通过构建互补接触状态配对时,性能进一步增强40 %以上。优化后的TENG输出电压为260   V,电流为46  μA,在3.3  × 10 6Ω外负载上获得了4.6   W / m2的高功率密度,能够点亮LED、充电电容和功率小电子。TPU和PDMS的高超柔韧性和健壮性使TENG具有优异的稳定性和耐久性,并能作为一种多功能的自供电传感器,能够检测冲击力、各种变形和监测人类行走行为。该工作为制备高性能TENGs摩擦电多孔膜提供了一种高效、可扩展的绿色方法,并为合理设计形状互补的摩擦层以提高能量输出提供了思路。
文章内容(英文)
Finding a new, sustainable and scalable approach to fabricate high-performance, durable triboelectric nanogenerators (TENGs) is an ongoing pursuit. In this study, surface-constrained supercritical carbon dioxide (scCO 2 ) foaming was employed to produce skinless porous thermoplastic polyurethane (TPU) film as a novel tribopositive friction material. The skinless porous structure contributed to 340% and 460% enhancement in the output voltage and current, respectively. The performance was further enhanced by over 40% when the concave structured porous TPU film was paired with convex structured polydimethylsiloxane (PDMS) film by constructing a complementary contact state. With an output voltage of 260 V and a current of 46 μA, the optimized TENG achieved a high power density of 4.6 W/m 2 on a 3.3 × 10 6 Ω external load, and displayed the ability to light LEDs, charge capacitors, and power small electronics. The superb flexibility and robustness of TPU and PDMS rendered the flexible TENG excellent stability and durability, as well as the capability to serve as a versatile self-powered sensor that can detect the impact force, various deformations, and monitor human walking behaviours. This work provides an efficient and scalable green approach to produce triboelectric porous films for high-performance TENGs and provides insights into the rational design of friction layers with complementary shapes to boost the energy output.
来源出处
Journal|[J]Nano EnergyVolume 87, 2021.
DOI
https://doi.org/10.1016/J.NANOEN.2021.106148

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