摘要
随着科技的飞速发展，可移动电子设备的数量急速增长，传感器的分布也愈加广泛。传统的供电方式存在诸多限制，因此需要一个持久的、免维护的、自驱动的能源来为这些设备供电。摩擦纳米发电机(TENG)是一类利用摩擦起电原理与静电感应原理设计而成的能量转换器件，能够把周围环境中的机械能汇集起来，成为自驱动传感器的能量来源。它的优势有选材范围广、小巧便携、制造简单等，是一种应用前景广阔的新型能源设备。 TENG摩擦层的电荷承载能力是影响它输出性能的核心因素之一。摩擦电荷会从摩擦层表面向内部传输，并在到达电极后与感应电荷中和，从而流失。这一流失现象产生的原因是摩擦层和其背电极之间内建电场的影响。这种现象不利于摩擦电荷的积累，致使摩擦层的电荷承载量降低，影响TENG的输出。由此可见，对于摩擦电荷这一流失现象的研究是至关重要的。 本工作中设计了一种特殊结构的TENG，直接验证了流失过程的存在，并通过外接电容器成功收集到流失电荷。通过改变摩擦层材料，验证了摩擦电荷的流失现象在正、负摩擦层中存在的普遍性。通过调控正、负摩擦层的电阻率，研究了摩擦电荷在摩擦层中的流失现象，摩擦层电阻率对摩擦电荷流失速度的影响，以及对流失电荷的再利用。 最后，基于上述实验结果，设计了基于流失电荷的激励摩擦纳米发电机(LCE-TENG)。该结构采用电荷激励策略，利用收集到的流失的电荷有效提高了器件的输出性能。并在结构优化后，将TENG的表面电荷密度提升13倍，输出短路电流提高到约10倍，开路电压提高到约5倍，最大输出功率提升81倍，有效提高了TENG的输出。虽然无法利用流失电荷给自身的摩擦层补充电荷，但本工作通过LCE-TENG结构实现了三个TENG之间的循环充电，它们的输出性能均得到提升。这种结构可以拓展到多个TENG中，提升多个器件的输出性能。 本工作直接验证了摩擦电荷流失过程的存在，通过收集再利用这部分流失电荷提升了TENG的输出性能，为进一步提高TENG的输出性能提供了新思路。
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