基于态密度匹配与多性能协同优化的摩擦电纳米发电机
编号:5 访问权限:仅限参会人 更新:2025-08-11 15:16:54 浏览:11次 口头报告

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摘要
基于态密度匹配与多性能协同优化的摩擦电纳米发电机
欧世勋,黄家良、张景璋、金珊珊、方志*
(南京工业大学电气工程与控制科学学院,南京 邮编 211800)

摘要:物联网、智慧城市、智慧电网、可穿戴健康监测及自动驾驶等领域需要数以百万计的传感器。摩擦电纳米发电机(TENGs)为这些传感器提供可持续能源采集方案展现出巨大潜力,但其有限的输出功率限制了实际应用。近年来,研究者采用导电–导电层结构替代传统的介电–介电层,以实现态密度匹配并提升输出电流。然而,全导电材料(如PEDOT与铜)的使用会显著增加泄漏电流与电击穿风险。为解决这一问题,本研究提出利用大气压低温等离子体技术在具有优异压电性能的PVDF粉末表面包覆导电聚合物PEDOT,并将所得复合粉末作为填充材料引入环氧树脂基体中,构建复合摩擦层与铜电极配对的混合型TENGs。该设计在保持高电荷传输能力的同时,有效抑制了全导电层带来的风险。实验结果表明,PEDOT包覆PVDF复合材料不仅提升了电荷收集效率,还显著提高了器件的电稳定性与耐久性,为下一代高性能TENGs在智能传感领域的应用提供了可靠而高效的解决方案。

关键词:低温等离子体;态密度匹配;摩擦电纳米发电机;

Density of States Matching and Multi-Performance Synergistically Optimized Triboelectric Nanogenerators
Ou shixun,Huang jialiang、Zhang jingzhang、Jin shanshan、Fangzhi*
(College of Electrical Engineering and Control Science, Nanjing Tech University,Nanjing211800 China)


ABSTRACT: The Internet of Things (IoT), smart cities, smart grids, wearable health monitoring, and autonomous driving require millions of sensors. Triboelectric nanogenerators (TENGs) show great potential as sustainable energy harvesting solutions for these sensors; however, their limited output power constrains practical applications. In recent years, researchers have adopted conductive–conductive layer structures to replace traditional dielectric–dielectric layers, aiming to achieve density of states (DOS) matching and enhance output current. Nevertheless, the use of fully conductive materials (such as PEDOT and copper) significantly increases leakage current and the risk of dielectric breakdown. To address this issue, this study proposes a hybrid TENGs design in which a conductive polymer (PEDOT) is coated onto piezoelectric PVDF powder using atmospheric-pressure low-temperature plasma technology. The resulting composite powder is incorporated into an epoxy resin matrix to form a composite triboelectric layer paired with a copper electrode. This design maintains high charge transfer capability while effectively mitigating the risks associated with fully conductive layers. Experimental results demonstrate that the PEDOT-coated PVDF composite not only improves charge collection efficiency but also significantly enhances the electrical stability and durability of the device, providing a reliable and efficient solution for next-generation high-performance TENGs in intelligent sensing applications.

KEY WORDS: Low temperature plasma;Density of States Matching;Triboelectric Nanogenerators(TENGs);

 
关键词
低温等离子体,态密度匹配,摩擦电纳米发电机
报告人
欧世勋
学生 南京工业大学

稿件作者
欧世勋 南京工业大学
黄家良 南京工业大学
张景璋 南京工业大学
金珊珊 南京工业大学
方志 南京工业大学;电气工程与控制科学学院
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主办单位
中国物理学会静电专业委员会
承办单位
南京信息工程大学
电磁环境效应国家级重点实验室
无锡研平电子科技有限公司
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