摩擦发电机的表面电荷密度提升达528%之多

澳门京葡网站 ,近日,北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院张海霞教授课题组博士研究生程晓亮提出了利用单步感应耦合等离子体刻蚀工艺制备高性能纳米摩擦发电机。相关研究成果以论文《基于单步氟碳等离子体处理产生的褶皱结构用于高性能摩擦纳米发电机》的形式,于2015年11月底在线发表于相关领域权威期刊Small上。

提升摩擦纳米发电机,主要通过现有的两种实现手段来提升其表面电荷密度,从而在本质上提升其输出性能:一是在材料表面引入微纳米结构,达到增大接触面积的效果;二是在表面淀积氟基聚合物,增强材料对电荷的束缚能力。目前尚未见将二者结合起来,进一步提升其输出性能的工作报道;简单将两种方法叠加也会增加工艺的复杂性。张海霞课题组巧妙地利用ICP刻蚀设备所产生的氟碳等离子体处理聚二甲基硅氧烷表面,在淀积氟碳聚合物的同时产生褶皱结构。于是,相比于未经过处理的材料,摩擦发电机的表面电荷密度提升达528%之多,短路电流提升810%;其最高表面电荷密度为165
mC/m2,产生的短路电流密度达113.75
mA/m2。此同时,还借助于X射线光电子能谱分析仪与激光共聚焦显微镜系统性分析了材料淀积与结构变化对摩擦发电机性能的影响。得益于高输出的能力,利用该发电机,能够轻松驱动上百个发光二极管灯。课题组还设计了一个简单的存储电路用来贮存发电机所产生的能量,并成功用于驱动小型电子计算器。

这项研究工作得到国家自然科学基金、高技术研究发展计划、北京市科技计划项目、北京市自然科学基金等项目的支持,极高地提高了摩擦纳米发电机的输出性能,对推动高性能摩擦纳米发电机的发展做出了重要贡献。