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省部共建国家重点实验室在国际能源顶级期刊Nano Energy发表摩擦纳米发电方面最新研究进展

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  • 来源:重点实验室
  • 日期:2022-05-10

近日,省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室赵坤副研究员等人在摩擦纳米发电领域取得新的研究进展,并以题“High-performance and Long-Cycle Life of Triboelectric Nanogenerator Using PVC/MoS2 Composite Membranes for Wind Energy Scavenging Application”发表在国际能源顶级期刊Nano Energy (IF:17.881,中科院一区)上,manbetx万博体育app省部共建国家重点实验室为第一完成单位,赵坤副研究员为第一作者和通讯作者,我校客座教授台湾新竹清华大学阙郁伦教授为共同通讯作者。

摩擦电纳米发电机(Triboelectric nanogenerator, TENG)是一种通过摩擦起电和静电感应的耦合将环境中的各种机械能有效转化为电能的新能源技术,为未来物联网传感器和微电子器件的自驱动提供了能量保障。然而,摩擦电材料的低表面电荷密度以及磨损导致的TENG性能退化和失效是其实际应用的关键瓶颈。文章首次使用添加固体润滑剂来有效提高了摩擦电材料的耐久性,采用聚氯乙烯/二硫化钼(PVC/MoS2)复合膜和聚酰胺(PA)膜作为摩擦电材料,以及具有微纳结构的铝(Al)片作为电极构建了收集风能的高性能、长寿命的TENG。结果显示加入少量润滑性能优良的MoS2不仅能有效提高复合膜的表面电荷密度,而且能改善其耐磨性,在增强TENG输出性能的同时延长了使用寿命。优化后的TENG可产生高达398 V、40 μA的输出电压和电流,可为数十个商用发光二极管和一个温度计供电。同时,器件具有优异的运行稳定性,在高风速下连续运行15h性能未有明显下降。2.5 wt% MoS2掺杂后的PVC薄膜摩擦系数为0.29,比纯PVC薄膜的摩擦系数降低了19.4%。研究结果为提高摩擦电材料的表面电荷密度和耐磨性提供了新途径,为增强TENG输出性能、延长TENG的寿命、进而促进其实际应用具有重要意义。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521009009

该项工作得到了国家自然科学基金(No.52065038)、甘肃省杰出青年基金(No. 21JR7RA275)、manbetx万博体育app红柳优秀青年人才支持计划(No. 062004)、甘肃省教育厅“双一流”科研重点项目(GSSYLXM-03)等经费的支持。(撰稿:周宏伟,审核:石玗)



作者简介:

赵坤,男,工学博士。2018年6月毕业于中国科学院大学(中国科学院北京纳米能源与系统研究所),获材料物理与化学专业博士学位。主要研究方向为纳米发电机、新能源材料与器件、自驱动传感器系统。目前已发表学术论文30余篇(中科院1区10篇,2区2篇),总影响因子179.526。其中以第一作者在Advanced Energy Materials、ACS Nano, Nano Energy、Nano-Micro Letters、ACS Applied Materials & Interfaces等国际著名学术期刊发表SCI论文9篇。研究成果曾被Materials Views、材料顶刊专栏作为亮点报道。主持国家自然科学基金等项目4项,完成省级科研项目7项,2021年入选甘肃省杰出青年科技人才称号。


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