Wang 于 2012 年发明的摩擦纳米发电机 (TENG) 激发了解决紧迫的全球能源危机和环境问题的激动人心的战略。石墨烯纳米片嵌入的聚四氟乙烯 (GN-PTFE) 薄膜是使用微注射成型设备生产的，以实现高性能 TENG。嵌入的石墨烯纳米片显着改善了基于 GN-PTFE 薄膜的 TENG 的摩擦电性能。基于 GN-PTFE 薄膜的 TENG 具有出色的长期稳定性和耐用性。特别是，基于 GN-PTFE 薄膜的 TENG 的短路电流和开路电压在 150,000 次攻丝循环后仅分别下降了 17.7% 和 16.6%。强烈认为，基于 GN-PTFE 薄膜的 TENG 的非凡输出摩擦电性能归因于石墨烯纳米片的高介电常数和显着的润滑行为。基于 GN-PTFE 薄膜的 TENG 的应用表明，通过连续的手指敲击过程可以同时点亮 100 个 LED，这表明在要求苛刻的微纳能源领域具有巨大潜力。
 
 
Figure1.使用微注射成型技术制备聚合物薄膜。 (a) 微注射成型机的工作原理图。 (b) GN-PTFE 试样的生产过程。 (c) 添加不同质量的石墨烯纳米片 (0-64 mg) 制成的 GN-PTFE 样品的照片。
 
 
Figure 2. PTFE 薄膜基 TENG 的制备及摩擦起电性能评价。 (a) TENGs的制备过程。 (b) TENGs结构示意图。 (c) 基于 PTFE 薄膜和铝箔制造的 TENG 的照片。 (d) 工作频率为 2 Hz、间距为 4 mm 的 TENG 手指敲击测试。 (e) TENGs 在一个攻丝循环中的短路电流。
 
 
Figure 3. 所制备的 PTFE 和 GN-PTFE 薄膜的表征。 (a) 原始 PTFE 薄膜的 SEM 图像。 (b) GNPTFE 薄膜 (32 mg) 的 SEM 图像。 (c) PTFE、GN-PTFE 和磨损的 GN-PTFE 薄膜的 EDS 光谱。 (d) PTFE 和 GN-PTFE 薄膜的拉曼光谱。
 
 
Figure 4. 基于不同摩擦对材料制造的 TENG 的输出摩擦电性能。较低的摩擦对是 PMMA、PP 和 PTFE。上部摩擦对是不锈钢、铜箔和铝箔。 (a) 输出短路电流。 (b) 输出开路电压。
 
 
Figure 5. 基于铝箔和 GN-PTFE 薄膜的 TENG 的输出摩擦电性能，石墨烯纳米片的质量变化范围为 0 至 64 mg。 (a) 输出短路电流。 (b) 输出开路电压。 (c) 最大短路电流、开路电压和功率密度。
 
 
Figure 6. 基于原始 PTFE 薄膜的 TENG 的工作稳定性和可重复性测试经历了 10,000 次手指敲击循环。 (a,c) 连续工作 10,000 次循环下的输出短路电流和开路电压。 （b，d）第一个和最后三个手指敲击周期的输出短路电流和开路电压。
 
 
Figure 7. 基于原始 PTFE 和 GN-PTFE 薄膜的 TENG 的长期工作稳定性和耐久性测试。 （a，b）基于原始 PTFE 薄膜的 TENG 的短路电流和开路电压，用于 100,000 次手指敲击循环。 （c，d）基于 GN-PTFE 薄膜的 TENG 的短路电流和开路电压，用于 150,000 次手指敲击循环。 （e，f）在测试开始和结束时用 PTFE TENG 点亮的 LED 灯泡的照片。 (g,h) 在测试开始和结束时使用 GN-PTFE TENG 点亮 LEDS 灯泡的照片。
 
 
Figure 8. 长期耐久性测试前后 PTFE 和 GN-PTFE（32 mg 石墨烯纳米片）薄膜的表面形态。 (a,b) 原始 PTFE 薄膜和磨损的 PTFE 薄膜的 SEM 图像。 （c，d）原始 GN-PTFE 薄膜和磨损的 GN-PTFE 薄膜的 SEM 图像。 （e，f）原始 PTFE 薄膜和磨损的 PTFE 薄膜的 3D 光学图像。 (g,h) 原始 GN-PTFE 薄膜和磨损的 GN-PTFE 薄膜的 3D 光学图像。
 
 
Figure 9. 长期耐久试验后 GN-PTFE 薄膜磨损表面的拉曼图分析。 (a) GN-PTFE 薄膜磨损表面的拉曼光谱。 (b) GN-PTFE 薄膜上磨损表面的光学图像。拉曼映射区域由黄色矩形表示（未按比例）。 (c) 用于比较 PTFE 峰和石墨烯峰的拉曼光谱。 (d) PTFE 峰的拉曼映射图像（红色）。 (e) 石墨烯峰的拉曼映射图像（绿色）。
 
 
Figure 10. 基于原始 PTFE 和 GN-PTFE 薄膜的垂直接触分离操作模式 TENG 的磨损机制。 （a，b）基于原始 PTFE 薄膜和铝箔的 TENG 接触模型。 （c，d）基于 GN-PTFE 薄膜和铝箔的 TENG 接触模型。
 
  Figure 11. 基于 GN-PTFE 薄膜和铝箔的 TENG 应用演示。 (a) 整流前后输出开路电压。插图显示了两个周期内电压的放大图。 (b) 不同电容器在 30 秒内的充电曲线。 (c) 用于为 LED 供电的 TENG 电路图。 (d) 将 100 个 LED 插入面包板的电路照片。 (e) 点亮的 100 个 LED。
 
      相关研究工作由深圳大学Pengfei Wang课题组于2022年在线发表于《ACS Appl. Electron. Mater.》期刊上，原文： Graphene Nanosheets Enhanced Triboelectric Output Performances of PTFE Films。

转自《石墨烯研究》公众号