apm测试器

揭示介电夹层提高摩擦纳米发电机输出性能的本质——大极化差值效应研究背景无线传感器系统、可植入和便携式电子设备的快速发展迫切需要长寿命、可再生的电源。具有机械能收集和转换功能的摩擦电纳米发电机（TENG）因其具有高的电学性能、良好的柔性、优异的生物相容性和环境友好性被认为是驱动这些小型电子设备的候选者。同时，TENG本身可以作为一种自供电传感器，也广泛应用于生物医学、电子皮肤和人机交互。提高TENG的电输出性能可以通过提高能量转换效率提高能量收集能力，并通过提高信噪比提高传感的性能。各种摩擦材料、相应的方法与设计已被用于改善TENG的电输出性能。由于有机材料具有良好的柔性且易于加工，相关研究主要集中在有机材料上。物理和化学表面修饰、人工注入离子、化学合成、多孔结构构建和电极化是处理有机摩擦材料的常用方法。然而，随着研究的深入，加工方法变得越来越复杂，有机摩擦材料优化的效果趋于饱和。针对上述问题，近年来研究人员更青睐于具有特殊电性能的无机摩擦材料，以进一步提高其输出性能。在各种无机摩擦材料中，铁电材料因其优异的介电性能和极化响应来提高摩擦材料的表面电荷密度引起了人们极大的兴趣。然而，大多数铁电材料具有的的大剩余极化会一直将部分电荷束缚在电极上，阻止这些电荷在外电路定向流动，导致对介电极化利用不足。该缺点极大地限制了TENG的性能提高及其在可穿戴/便携式电子领域的应用。因此，为了满足生物力学能量采集器和自供电传感器的高性能要求，急需开发一种柔性的全无机摩擦材料和一种充分利用其介电极化特性的设计。成果介绍近期，针对TENG的工作循环机理，内蒙古科技大学郝喜红教授团队提出了一种大极化差值效应策略，可以完全开发全无机摩擦材料的介电极化特性，使所有感应电荷都能通过外电路流动，显著提高了TENG的输出性能。该极化差值理论很好地解释了顺电、铁电、弛豫铁电等介电夹层（亦称内层）有助于TENG性能提高的现象，并为更高性能新材料的开发提供了全新的思路。根据该理论，作者研制了具有零剩余极化和巨大饱和极化的柔性全无机Pb0.94La0.04Zr0.98Ti0.02O3（PLZT）反铁电陶瓷薄膜，并将其用作实现大极化差值效应的内层，其1300kVcm–1场强下的极化差值高达1064800μCm–2，是目前铅基（反）铁电材料中报道的最大值，在5N的轻微冲击力下，PLZT基摩擦电纳米发电机（PLZT-TENG）的输出电流密度为116mAm–2，转移电荷密度为135μCm–2，远高于传统铁电陶瓷为内层的TENG的输出性能，也达到了同类型TENG（正摩擦层为天然橡胶，负摩擦层为聚偏氟乙烯）中的最佳水平。PLZT-TENG的压力传感响应时间仅为7ms。同时，柔性PLZT陶瓷膜优异的力学性能和极化稳定性使PLZT-TENG具有很强的耐久性和鲁棒性，可经受超过50万次的疲劳极化与上万次的周期使用，在老化超过1年后，样品输出性能未发生任何退化。因此，柔性PLZT-TENG不仅可以作为可靠的高功率生物力学能量采集器驱动多种电子设备，还可以作为超灵敏自供电传感器进行电竞手速（APM）测试及监测关节高速动态活动。这项工作为优化TENG的电输出提供了一种全新的策略，丰富了摩擦学能量收集的理论体系，并证明了其在高效生物力学能量收集和超灵敏自供电传感中的应用。相关研究成果以题目“Enhancingoutputperformanceoftriboelectricnanogeneratorvialargepolarizationdifferenceeffect”发表在国际能源领域顶级期刊NanoEnergy上（2019IF=16.602）。