Defect states contributed nanoscale contact electrification at ZnO nanowires packed film surfaces

材料科学 接触带电 摩擦电效应 纳米线 纳米技术 纳米尺度 电流密度 纳米发生器 光电子学 纳米机电系统 工程物理 纳米颗粒 压电 复合材料 量子力学 物理 工程类 纳米医学
作者
Yiding Song,Nan Wang,Mohamed M. Fadlallah,Shuxia Tao,Ya Yang,Zhong Lin Wang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:79: 105406-105406 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105406
摘要

Efficient conversion of mechanical energy in our surrounding environment into electric power has become a promising strategy for meeting the ever-increasing energy consumption of small and distributed electronics. The contact-electrification-based triboelectric nanogenerators are one of the emerging devices to achieve such energy conversion. However, conventional contact electrifications between two insulators are limited by their low current density and alternating current output. Here we report a nanoscale contact electrification induced direct current output based on the flow of electrons from the defect states of the ZnO nanowires-packed film to the contact sliding conductive AFM tip. Combining experimental materials characterization and density functional theory (DFT) calculations, the direct current output is closely related to the concentration of oxygen vacancy defect states on the surface of ZnO nanowires: the higher the oxygen vacancy concentration, the higher the current output. Under optimized conditions, we obtain an ultrahigh current density of ~108 A m-2, which is several orders of magnitude higher than that of the conventional contact electrification and other effects. This work provides a new route of utilizing defect states contributed contact electrification for realizing nanoscale mechanical energy scavenging.
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