Interfacial polarization-induced high-k polymer dielectric film for high-performance triboelectric devices

摩擦电效应 材料科学 纳米发生器 电介质 复合材料 聚偏氟乙烯 聚二甲基硅氧烷 光电子学 聚合物 含氟聚合物 驻极体 压电
作者
Minsoo P. Kim,Chang Won Ahn,Youngsu Lee,Kyoungho Kim,Jonghwa Park,Hyunhyub Ko
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:82: 105697-105697 被引量:56
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105697
摘要

Output performance of triboelectric devices critically depends on their surface charge density that is greatly influenced by the dielectric constant of material. However, contrary to polymer composites, the dielectric constant cannot be substantially increased in pure polymers. This study shows that interfacial polarization in bilayer polymer films significantly enhances their dielectric constants, increasing the surface charge density and triboelectric performance. This is the first report of the introduction of interfacial polarization of dielectric materials for the enhancement of triboelectric output performance. The elastic bilayer films consisting of polydimethylsiloxane (PDMS) coated with poly (2,2,2-trifluoroethyl methacrylate) (PTF) and poly (L-lysine) (PLL) as negative and positive triboelectric materials, respectively, are utilized in triboelectric devices, which show a dramatic increase in the dielectric constants (24.4 for PTF-PDMS and 15.2 for PLL-PDMS bilayers at 10 kHz) through interfacial polarization, resulting in significant enhancement of triboelectric performance when compared with hard single-layer films. For proofs of concept, we fabricated a temperature-sensitive triboelectric sensor and vibration-based triboelectric nanogenerator. The sensor showed the highest temperature sensitivities among triboelectric sensors whereas the nanogenerator provided vibration-induced sustainable power for LED operation without rectification, which was attributed to the charge accumulation in the bi-layered dielectric films.
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