基于POM与FEP的高效摩擦纳米发电机设计

摘要

摩擦电材料在摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator, TENG)领域的发展至关重要。本文选择不同的摩擦电材料与氟化乙烯丙烯共聚物(fluorinated ethylene propylene, FEP)进行配对，研究了材料本征性质对TENG电输出性能的影响。实验结果表明：以聚甲醛(polyoxymethylene, POM)与FEP作为正负摩擦电材料时，输出性能最优。进一步分析发现，POM分子链中含有大量极性醚键(-O-),表现出较强的电子供体特性；而FEP分子结构中含有强极性C-F键，电子密度高，具有极高的得电子能力。二者在摩擦电序列中极性差异显著，有效促进了界面间电子的快速转移与积累，从而显著提高了摩擦起电的效率和电荷密度。在此基础上，制作了独立层模式的TENG用于收集动物运动能，并系统评估其关键性能参数。测试结果显示，该器件对温度与湿度等外界环境表现出优异的稳定性，在30 000个工作循环的耐久性测试中，转移电荷量不仅未降低，反而略有增长，展示出良好的环境适应性和稳定性，为畜牧业智能化发展提供了有效的解决方案。

关键词

摩擦电材料 / 摩擦纳米发电机 / 分子结构 / 输出性能