Flexoelectric electricity generation by crumpling graphene

石墨烯 材料科学 电压 纳米尺度 弯曲 半径 偶极子 挠曲电 弯曲半径 纳米材料 缩进 纳米技术 复合材料 光电子学 物理 电介质 量子力学 计算机科学 计算机安全
作者
Brahmanandam Javvaji,Ranran Zhang,Xiaoying Zhuang,Harold S. Park
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:129 (22) 被引量:5
标识
DOI:10.1063/5.0052482
摘要

We utilize atomistic simulations that account for point charges and dipoles to demonstrate that flexoelectricity, which arises from strain gradients, can be exploited to generate electricity from crumpled graphene sheets. Indentation of a circular graphene sheet generates localized developable (d)-cones, for which we verify the core radius and azimuthal angle with established theoretical models. We determine the voltage that can be generated based on the resulting electrostatic fields and compare the voltage generation to previous theoretical predictions that are scaled down to the nanoscale. In doing so, we find that the voltage generated from crumpling graphene exceeds, by about an order of magnitude, the expected voltage generation, indicating the benefit of exploiting the large strain gradients that are possible at the nanoscale. Finally, we demonstrate that crumpling may be a superior mechanism of flexoelectric energy generation as compared to bending of two-dimensional nanomaterials.
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