Self-Powering Gas Sensing System Enabled by Double-Layer Triboelectric Nanogenerators Based on Poly(2-vinylpyridine)@BaTiO3 Core–Shell Hybrids with Superior Dispersibility and Uniformity

摩擦电效应 材料科学 纳米技术 电压 钛酸钡 功率密度 电介质 光电子学 电气工程 复合材料 功率(物理) 量子力学 物理 工程类
作者
Jiyeon Oh,Jin‐Kyeom Kim,Jian Gao,Sungwoo Jung,W. K. Kim,Geunhyung Park,Jeewon Park,Jeong Min Baik,Changduk Yang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (19): 12146-12157
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c12035
摘要

Current core–shell hybrids used in diverse energy-related applications possess limited dispersibility and film uniformity that govern their overall performances. Herein, we showcase superdispersible core–shell hybrids (P2VP@BaTiO3) composed of a poly(2-vinylpyridine) (P2VP) (5–20 wt %) and a barium titanate oxide (BaTiO3), maximizing dielectric constants by forming the high-quality uniform films. The P2VP@BaTiO3-based triboelectric nanogenerators (TENGs), especially the 10 wt % P2VP (P2VP10@BaTiO3)-based one, deliver significantly enhanced output performances compared to physically mixed P2VP/BaTiO3 counterparts. The P2VP10@BaTiO3-based double-layer TENG exhibits not only an excellent transferred charge density of 281.7 μC m–2 with a power density of 27.2 W m–2 but also extraordinary device stability (∼100% sustainability of the maximum output voltage for 54,000 cycles and ∼68.7% voltage retention even at 99% humidity). Notably, introducing the MoS2/SiO2/Ni-mesh layer into this double-layer TENG enables ultrahigh charge density of up to 1228 μC m–2, which is the top value reported for the TENGs so far. Furthermore, we also demonstrate a near-field communication-based sensing system for monitoring CO2 gas using our developed self-powered generator with enhanced output performance and robustness.
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