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云顶国际4008娱乐网站许程老师在AdvFunct Mater发表摩擦起电势垒调控效应的论文
发布人:贾俊飞  发布时间:2019-05-24   浏览次数:429

    (图)基于功函或接触势不同实现接触起电过程中材料势垒高度调控的表面态模型。电介质(引入了初始负电荷)与金属之间的电荷转移,前者的中间能级En与后者的费米能级Ef一样高(a),高于后者(b),低于后者(c)。 电介质A(引入了初始负电荷)和电介质B之间的电荷转移,前者的中间能级En与后者一样高(d),高于后者(e),低于后者(f)。


云顶国际4008娱乐网站教师许程博士以第一作者在国际期刊Advanced Functional Materials(影响因子13.325)上发表了题为“Effects of Metal Work Function and Contact Potential Difference on Electron Thermionic Emission in Contact-Electrification”的论文。链接为:(https://doi.org/10.1002/adfm.201903142)。

两种物质接触并分开后,会产生接触起电(摩擦起电),基于该现象发明了摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator, TENG)。TENG可以高效收集环境中的机械能,开辟了能源转化的新领域,在环境传感、可穿戴电子设备、人机接口和蓝色能源等领域获得了广泛应用。而从另一方面,TENG的迅速发展,使得人们重新思考接触起电这种看似简单现象背后的深层机制,包括起电过程中转移电荷的特性,以及为什么产生的电荷能够在材料表面长时间保存。考虑到接触起电在距今2600多年前的古希腊时代就已经被发现,可以这么讲,其机理问题是当今世界最古老的悬而未决的问题之一。

近日,研究人员设计并制备了多种不同类型的耐高温TENG,包括Pt-Al2O3 TENG, Au-Al2O3 TENG, Ti-Al2O3 TENG, Al-Al2O3 TENG和SiO2-Al2O3 TENG。在高温条件下,研究了上述TENG表面引入的初始电荷的长时间的演化规律。结果显示,无论是金属-电介质还是电介质-电介质TENG,其高温下电荷的演化过程都符合热电子发射的指数衰减规律,证实了电子转移是固体间接触起电的主导机制。此外,实验中首次发现材料的势垒高度会随着接触物的不同而发生微弱的变化,其根本原因在于接触物的功函或接触势的不同,使得电子跃迁的难易程度发生了变化。这种高温下势垒的调控效应完全排除了接触起电中离子或官能团的影响,进一步揭示了电子转移主导机制。基于上述实验结果,分别提出了金属-电介质和电介质-电介质的势垒调控的表面态模型。该研究为接触起电的探索提供了一种全新的视角,并提出了一种进一步增加或快速消除物体静电的新方法。

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