566 / 2021-06-19 21:18:12

PDMS配比及织构尺寸对摩擦纳米发电机性能影响的研究

摩擦纳米发电机（TENG）是基于接触起电和静电感应原理，将机械能转化为电能的微/纳机电动力系统。目前提高TENG起电性能的研究主要从材料优化和织构制备等方面展开。本文提出了一种简单的材料优化方法，通过改变PDMS弹性体与固化剂配比来实现基于矩形凹槽织构的TENG起电性能调控，并探究了织构尺寸对TENG起电性能的影响规律。通过对材料介电性能、力学性能及接触行为进行分析，揭示了PDMS弹性体与固化剂配比及织构尺寸对TENG起电性能的影响机理。结果表明，PDMS弹性体与固化剂配比主要通过材料介电性能影响TENG起电性能，织构尺寸主要通过界面接触行为影响TENG起电性能。随着PDMS弹性体与固化剂配比的减小，其刚度增大，TENG实际接触面积减小，但PDMS相对介电常数逐渐增大，使得TENG具有更高的表面电荷密度，从而提高了TENG起电性能；随着织构宽度的减小或间距的增大，TENG实际接触面积增大，同时织构横向变形导致的接触面积增量增大，摩擦作用增强，TENG起电性能提升显著。