近期，重庆大学物理学院胡陈果教授课题组在Energy & Environmental Science上发表了题目为《通过介电聚合物的电荷捕获失效实现超高电荷密度》(Ultrahigh output charge density achieved by charge trapping failure of dielectric polymers) 的研究论文。重庆大学为第一单位，重庆大学博士生吴汇源为第一作者，重庆大学胡陈果教授和北京大学刘文林博士后为共同通讯作者。
能源危机是当今全球面临的一大挑战，因此寻求新型的能源技术以解决能源问题已经成为了研究的热点。在此背景下，摩擦纳米发电机（TENG）作为一种新型的能源收集技术备受关注。TENG可以利用微观级别的摩擦产生电能，具有环保、无限能源等优势，因此被认为是一种具有潜力的能源技术。随着近年来TENG技术的发展，由于其材料选择广泛、工作模式多样、生产成本低、制作方便等优点，已被应用于物联网、医疗保健、可穿戴设备、人工智能等领域。其中，提高TENG输出电荷密度是扩大TENG的应用范围和加速其工业化进程的关键。
该研究指出，电荷激励TENG（CE-TENG）高强度电场会直接导致空气击穿的发生，产生的空气离子化电荷将持续沉积在介电聚合物表面，这对CE-TENG的输出产生严重屏蔽效应。通过研究介电聚合物的电荷捕获能力和材料内在特性之间的关系，提出了一种调节介电膜陷阱态的有效方法，以促进沉积电荷的快速消散，从而解决了普遍存在于CE-TENG上的输出屏蔽问题。最终，在大气环境中获得了4.13 mC m-2的超高电荷密度，实现了同类工作的新记录。这项工作不仅提供了获得高输出性能TENG的潜在策略和有关介电聚合物电荷捕获的重要观点，还提出了一种基于CE-TENG的绝缘膜陷阱表征技术，对指导各种类型TENG的材料选择具有重要意义。
该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发项目等基金的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1039/D3EE00539A
图中所示为空气离子化电荷定向沉积的示意图
