Visualization and standardized quantification of surface charge density for triboelectric materials

摩擦电效应 可视化 电荷(物理) 表面电荷 曲面(拓扑) 电荷密度 计算机科学 材料科学 纳米技术 物理 化学 复合材料 数据挖掘 数学 物理化学 几何学 量子力学
作者
Yi Li,Yi Luo,Xiao Song,Cheng Zhang,Cheng Pan,Fuping Zeng,Zhaolun Cui,Bangdou Huang,Ju Tang,Tao Shao,Xiaoxing Zhang,Jiaqing Xiong,Zhong Lin Wang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:6
标识
DOI:10.1038/s41467-024-49660-9
摘要

Abstract Triboelectric nanogenerator (TENG) operates on the principle of utilizing contact electrification and electrostatic induction. However, visualization and standardized quantification of surface charges for triboelectric materials remain challenging. Here, we report a surface charge visualization and standardized quantification method using electrostatic surface potential measured by Kevin probe and the iterative regularization strategy. Moreover, a tuning strategy on surface charge is demonstrated based on the corona discharge with a three-electrode design. The long-term stability and dissipation mechanisms of the injected negative or positive charges demonstrate high dependence on deep carrier traps in triboelectric materials. Typically, we achieved a 70-fold enhancement on the output voltage (~135.7 V) for the identical polytetrafluoroethylene (PTFE) based TENG (neg-PTFE/PTFE or posi-PTFE/PTFE triboelectric pair) with stable surface charge density (5% decay after 140 days). The charged PTFE was demonstrated as a robot e-skins for non-contact perception of object geometrics. This work provides valuable tools for surface charge visualization and quantification, giving a new strategy for a deeper understanding of contact electrification.
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