Brightness-enhanced electroluminescence driven by triboelectric nanogenerators through permittivity manipulation and impedance matching

材料科学 纳米发生器 摩擦电效应 阻抗匹配 电介质 光电子学 电致发光 介电常数 亮度 纳米复合材料 电阻抗 光学 复合材料 图层(电子) 电气工程 压电 工程类 物理
作者
Mingwei Gu,Yunfeng Chen,Shaoqiang Gu,Can Wang,Liguo Chen,Hao Shen,Guanyu Chen,Xuhui Sun,Haibo Huang,Yunlei Zhou,Zhen Wen
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:98: 107308-107308 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107308
摘要

Triboelectric nanogenerator-driven electroluminescence (TDEL) that can convert human kinetic energy into visible light has attracted extensive attention in wearable electronics. However, the brightness is usually low due to the low electric field strength on the phosphors caused by impedance mismatch. In this work, a TDEL system with optimal brightness has been proposed by adjusting the dielectric constant of nanocomposite and matching impedance. The circuit model of the TDEL system is established and the voltage of the EL layer is predicted through simulation with an error below 4.7%. Finite element simulation is used to simulate the optimal field strength of phosphors under the dual effects of voltage drop and polarization enhancement of the EL layer caused by the increase of dielectric constant of nanocomposites. When the volume ratio of ZnS:Cu is 40% and the dielectric constant of the composite increases from 12 to 22.8, the optimal brightness value increases by 172%. Finally, a patterned TDEL system driven by walking or running to realize night alarm and information exchange is demonstrated. This study opens the window to improve the brightness of TDEL system through permittivity manipulation and impedance matching, which applies to different types of TENG, luminescent particles, and dielectric nanocomposites.
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