383 / 2021-06-14 15:33:54

表面织构对固液摩擦纳米发电机起电性能的影响

摘 要:固液摩擦纳米发电机(TENG)是基于固-液界面摩擦起电与静电感应效应的发电装置，因其使用材料范围广、制备成本低、能有效收集多种形式的低频水能而受到大量关注。目前常在固体表面加工不同的微纳织构来提高固液TENG输出性能，但是液滴与不同表面织构的相互作用对TENG起电性能的影响规律还有待探索。本研究采用具有微米级圆柱织构的聚二甲基硅氧烷（PDMS）和水滴的接触分离来产生电能，研究了表面织构对摩擦起电的影响规律。研究表明，在相同面密度条件下，采用非周期排布方式的织构可以有效提高固液TENG的起电性能，同时非周期排布方式的织构具有与周期排布一致的疏水特性。对于非周期排布的织构表面，在液滴释放高度8cm、液滴体积45μL时，开路电压为4V，短路电流为1.2μA，较周期排布织构的输出提高了33%。此外，我们研究了织构间隙和液滴释放高度的影响。结果表明，随着织构间隙减小，TENG的起电性能增加。当液滴高度小于某一临界值时，TENG电学输出随着液滴释放高度的增加而增大；而当液滴释放高度超过临界值后，由于液滴在织构表面的碰撞使得液滴破碎，TENG电学输出不再增加。

关键词: 表面织构；固-液界面；摩擦起电