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中国矿大许程老师在Advanced Materials再次发表论文

发布时间:2018-08-30作者:威尼斯手机版点击次数:

中国矿大许程老师在Advanced Materials再次发表论文

——抑制接触起电中热电子发射实现摩擦纳米发电机工作温度的提升

由于接触带电(摩擦带电)经常导致放电,因此曾经被认为是负面影响。然而,基于接触电气化和静电感应,麦克斯韦的位移电流原理发明的摩擦电纳米发电机(TENG)可以收集环境中各种形式的动能并将其转化为电能,具有良好的应用前景。通常认为摩擦带电仅在常温下发生,并且几乎所有TENG目前仅适用于该温度范围。这提出了一个有趣的问题,摩擦带电会在高温下发生吗?实验表明,TENG的电压在500K的温度下迅速下降,这可能是由于高温导致聚合物摩擦电材料表面的损坏。在之前的研究中(Adv.Mater.2018,30,1706790),研究人员制备了一种不含聚合物的TENG,虽然由于发电量低而不能用于实际应用,但因为它可以承受高达673 K的温度因此,可以揭示在高温条件下摩擦带电的机理并发明具有实用价值的耐高温TENG。如果能够制备出高温TENG,将有助于进一步扩大其应用领域,如地球上极端高温的环境,为即将到来的太空和外星探索提供新的能源解决方案。

最近,研究人员开发出一种可应用于673 K高温的TENG,并首次揭示了引入温度效应的通用接触电气化机制。研究人员首先以旋转独立摩擦层模式设计和制备了TENG,发现其性能在523 K后开始下降。结果表明,这主要是由于高温下产生的电量减少所致。热电子发射的影响。因此,为了在更高的温度下获得摩擦带电,必须抑制热电子发射。通过预退火方法,两种材料的表面直接物理接触,成功实现了热电子发射的抑制,使TENG的工作温度提高到673 K,可能大大超过了工作温度。一般电磁发电机的温度。在上述实验的基础上,分别提出了高温下与电机接触的表面态模型和电子云势阱模型。其中,表面态模型可用于解释金属 - 电介质和电介质 - 电介质之间的接触带电。电子云势模型可以解释两个固体之间的接触带电,这是带结构无法描述的。该模型还表明,除了热电子发射的影响外,原子热振动还会影响接触电气化。

上述研究结果发表在最近的Adv。母校。 (影响因子: 21.95)(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201803968)。论文的第一作者是我校徐成副教授。它由学校的“优秀一流教师海外访问研究项目”资助,并由佐治亚理工学院王忠林院士(通讯作者)进行了研究。

a-c)金属和电介质(En低于EF)在接触前、接触时和分开后的电荷转移情况。Φ,金属的功函;EF,费米能级;EVAC,真空能级;[0x9A9A ]EC,导带;En,表面态的中间能级;EV,价带;d-f)金属和电介质(En高于EF)在接触前、接触时和分开后的电荷转移情况;g-i)两种电介质(前者的En高于后者

注:威尼斯app近日在Adv发表了多项成果。母校。在今年早些时候,总共有“新能源电池存储(Adv.Mater.2018,30,1700104)”和摩擦纳米发电(Adv.Mater.2018,30,1706790),钙钛矿太阳能电池(Adv.Mater.2017,29,1701440),碳包覆氧化钨高效析氢催化剂(Adv.Mater.2018,30,1705979)等四篇论文。进阶母校。是ESI材料领域的头号期刊。论文全部引用67.79次。预计未来将为材料科学ESI的先进地位做出巨大贡献。