Contact electrification between identical polymers as the basis for triboelectric/flexoelectric materials

摩擦电效应 接触带电 材料科学 聚合物 表面粗糙度 多孔性 纳米发生器 复合材料 表面光洁度 表面电荷 纳米技术 化学物理 化学 物理化学 压电
作者
Andris Šutka,Kaspars Mālnieks,Linards Lapčinskis,Martin Timusk,Kaspars Kalniņš,Andrejs Kovaļovs,Juris Bitenieks,Māris Knite,Daniel L. Stevens,Jaime C. Grunlan
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:22 (23): 13299-13305 被引量:38
标识
DOI:10.1039/d0cp01947j
摘要

Polymer contact electrification offers the possibility to harvest mechanical energy using lightweight, flexible and low-cost materials, but the mechanism itself is still unresolved. Several recent studies confirm heterolytic covalent bond breaking as the mechanism for surface charge formation. Here it is shown that the reason for the formation of surface charge by contacting two identical polymers results from the fluctuation in the surface irregularities, and that contacted materials with a greater porosity or surface roughness differential result in a greater generation of surface charge. Porosity and surface roughness create uneven surface length percentage changes in the lateral direction during deformation, which changes the charge density across the surface during relaxation. Multilayered membranes exhibit flexoelectric properties upon pressing and releasing by generating charge without separating individual membrane layers. This new insight deepens the understanding of polymer contact electrification and highlights better ways to prepare triboelectric or flexoelectric nanogenerator devices.
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